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)值計算結(jié)合電化學(xué)極化和不同陰極保護(hù)實驗數(shù)據(jù)分析對比，研究邊界截取、介質(zhì)電阻率、陰陽極間距、陰陽極邊界條件、陰極涂層破損率和電源變化對陰極保護(hù)系統(tǒng)電位分布的影響。
　　有限元要求計算的邊界區(qū)域是有限的，而對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寬方向上均是由介質(zhì)組成的無限域。截斷邊界取得過小，可能導(dǎo)致計算結(jié)果誤差較大;取得過大，將導(dǎo)致所需的

2、計算機(jī)內(nèi)存很大而浪費機(jī)時甚至無法計算。因此，在計算這樣的陰極保護(hù)系統(tǒng)時我們需要從計算成本和計算精度兩方面綜合考慮。本文在一定介質(zhì)電阻率、陰陽極邊界條件、幾何尺寸及陰陽極間距不變的情況下，研究了半無限域截斷邊界大小對管面電位分布的影響規(guī)律。結(jié)果表明，隨著相對深度和相對寬度的增大，近陽極管面電位逐漸升高，遠(yuǎn)陽極管面電位逐漸降低，整個管面的電位趨于均勻，接近半無限域的實際電位分布狀況。而相對長度對管面電位影響很小。另外，介質(zhì)電阻率增大、管徑增

3、大，陰陽間距減小，臨界截斷邊界尺寸可以相應(yīng)減小。
　　對于長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極的距離等都能對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)，常選擇脈動直流電壓作為陰極保護(hù)電流的來源。對大范圍陰極保護(hù)系統(tǒng)研究表明，脈動直流