基于有限元法的陰極保護(hù)系統(tǒng)數(shù)值模擬研究.pdf

1、本文采用通用有限元軟件ANSYS進(jìn)行數(shù)值計(jì)算結(jié)合電化學(xué)極化和不同陰極保護(hù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析對(duì)比，研究邊界截取、介質(zhì)電阻率、陰陽(yáng)極間距、陰陽(yáng)極邊界條件、陰極涂層破損率和電源變化對(duì)陰極保護(hù)系統(tǒng)電位分布的影響。
　　有限元要求計(jì)算的邊界區(qū)域是有限的，而對(duì)于埋地或浸水管道等陰極保護(hù)系統(tǒng)，除了在地面或水面以上是絕緣空氣組成的界面，其在縱深方向和管道長(zhǎng)寬方向上均是由介質(zhì)組成的無(wú)限域。截?cái)噙吔缛〉眠^(guò)小，可能導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果誤差較大;取得過(guò)大，將導(dǎo)致所需的

2、計(jì)算機(jī)內(nèi)存很大而浪費(fèi)機(jī)時(shí)甚至無(wú)法計(jì)算。因此，在計(jì)算這樣的陰極保護(hù)系統(tǒng)時(shí)我們需要從計(jì)算成本和計(jì)算精度兩方面綜合考慮。本文在一定介質(zhì)電阻率、陰陽(yáng)極邊界條件、幾何尺寸及陰陽(yáng)極間距不變的情況下，研究了半無(wú)限域截?cái)噙吔绱笮?duì)管面電位分布的影響規(guī)律。結(jié)果表明，隨著相對(duì)深度和相對(duì)寬度的增大，近陽(yáng)極管面電位逐漸升高，遠(yuǎn)陽(yáng)極管面電位逐漸降低，整個(gè)管面的電位趨于均勻，接近半無(wú)限域的實(shí)際電位分布狀況。而相對(duì)長(zhǎng)度對(duì)管面電位影響很小。另外，介質(zhì)電阻率增大、管徑增

3、大，陰陽(yáng)間距減小，臨界截?cái)噙吔绯叽缈梢韵鄳?yīng)減小。
　　對(duì)于長(zhǎng)輸管線外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)，管線的涂層破損率和管線所處的介質(zhì)環(huán)境以及管線與輔助陽(yáng)極的距離等都能對(duì)管線表面電位分布造成影響。陰極涂層破損率越小，介質(zhì)電阻率越小，陰陽(yáng)間距越大，能使管面電位分布均勻且保護(hù)距離更遠(yuǎn)。管徑越大，管面電位越正，且分布越不均勻。
　　為了節(jié)約能源或讓電力線穿透得更遠(yuǎn)，常選擇脈動(dòng)直流電壓作為陰極保護(hù)電流的來(lái)源。對(duì)大范圍陰極保護(hù)系統(tǒng)研究表明，脈動(dòng)直流