316L不锈钢具有优良的机械加工与耐腐蚀性能,在石油、化工、核电、航空等工业领域具有极其广泛的应用与市场前景。316L不锈钢表面易生成致密的钝化膜,有效降低均匀腐蚀速率。但是,当服役环境中存在氯离子时,钝化膜结构将被破坏,导致316L不锈钢发生点蚀。目前,对于316L不锈钢点蚀的研究主要集中于单相介质,而在各类输送管道以及换热管中,流体介质一般为气、液两相,其流场结构与流动特性较单相介质更加复杂,导致气、液两相流中的不锈钢点蚀特性与作用机理与在单相介质中存在巨大差异。本文采用模拟实验、数值仿真与理论分析相结合的的方法,对316L不锈钢在气-液两相弹状流中的点蚀行为进行研究,建立了在弹状流型中的腐蚀特性与预测模型,揭示了316L不锈钢在不同布置形式管道弹状流中的腐蚀机理。本论文针对国民经济建设需求,基于我国工业领域存在的共性难题,对于316L不锈钢在气-液两相流动中的腐蚀特性与风险预测,课题研究具有重要的理论价值与工程指导意义。本论文主要研究内容及成果如下:(1)开展了气-液两相循环流动实验,研究竖直管道中不同气、液两相介质流量条件下弹状流的流动规律。结合极化曲线、电化学阻抗谱测试技术以及腐蚀形貌分析技术,研究了不同弹状流动条件下316L不锈钢的腐蚀特性。通过计算流体力学(CFD)数值计算,研究弹状流型中流体剪切力、反应粒子传质系数等流动参数的分布规律,揭示了316L不锈钢在竖直弹状流中的腐蚀机理。实验结果表明:介质流量成分对于弹状单元中的Taylor泡与液弹结构具有重要影响。在气相介质流量逐渐增加的过程中,管中流型由泡状流逐渐发展为弹状流。在此过程中,Taylor泡长度与液弹长度逐渐增加,Taylor泡周围液膜的厚度逐渐减小。随着液相介质流量增加,Taylor泡尺寸减小。在不锈钢/含氯溶液腐蚀体系中,极化电阻的数值远大于溶液电阻,是控制不锈钢腐蚀速率的关键特性参数。随着气相介质流量不断增加,弹状流中Taylor泡尺寸变大,液膜厚度减小,腐蚀性粒子浓度梯度增加,腐蚀体系极化电阻减小,316L不锈钢腐蚀速率增加;随着液相介质流量不断增加,腐蚀体系的溶液电阻与极化电阻均减小,316L不锈钢腐蚀速率逐渐增加。(2)研究了倾斜管中弹状流流动发展规律,并采用电化学测试技术,对不同倾角条件下316L不锈钢的腐蚀特性进行研究,建立了不同倾角条件下弹状流结构与腐蚀特性的关联关系,揭示了316L不锈钢在倾斜管弹状流中的腐蚀机理。研究结果发现,当管道倾角较小时,管中气-液两相介质呈现出一种全新流型-柱泡流。随着倾角逐渐增加,管中流型由柱泡流逐渐发展为典型弹状流。在此过程中,Taylor泡、液膜等区域结构发生变化,导致流场域内的电化学参数发生改变。随着气-液两相弹状流中Taylor尺寸变大,液膜厚度逐渐减小,液膜区域内腐蚀性粒子浓度梯度与流体介质速度梯度增加,导致腐蚀性粒子传质系数与流体剪切变大,316L不锈钢腐蚀速率增加。(3)研究了气-液两相弹状流经过弯管区域时的发展演化过程,建立了弹状流在弯管区域的时-空演化模型。采用失重测试技术,对弯管不同区域的316L不锈钢的腐蚀速率进行测量,获得了316L不锈钢在弯管内弹状流中的腐蚀特性。对于竖直向上至水平管道系统,液弹区域经过弯管时致使管道内壁面被水相介质润湿。当Taylor泡沿着弯管曲率紧贴上壁面运动,随着管道轴向角逐渐增加,Taylor泡尖端部位首先触及弯管上壁面,上部的液膜由于重力以及气泡与壁面之间的挤压作用而自气泡边缘滑落。Taylor泡离开弯管进入水平直管后在浮力作用下仍沿管道上壁面运动,此时管内流型转变为柱泡流。据此,揭示了基于壁面润湿状态的316L不锈钢在弯管内气-液两相弹状流中的腐蚀机理:Taylor泡经过弯管区域时由于浮力作用逐渐趋于弯管上部运动,造成该区域间歇性润湿,316L不锈钢腐蚀速率较低;壁面连续被水相润湿区域会形成完整的腐蚀系统,316L不锈钢腐蚀速率较高。因此,在弯管内部Taylor泡的运动轨迹是腐蚀形成或减弱的主要原因。本研究通过气-液两相循环流动实验,发现了小倾角管道中一种全新的气-液两相流型,建立了倾斜管道与弯管中气-液两相弹状流时-空发展演化模型。通过电化学测试技术,建立了316L不锈钢在不同布置形式管道中的腐蚀特性分布规律。采用数值仿真与理论分析方法,揭示了基于壁面润湿状态的316L不锈钢在弹状流中的腐蚀机理,建立了弹状流中点蚀的关键特性参数变化规律,形成了316L不锈钢在气-液两相弹状流中腐蚀的预测方法。