D0I:10.13374.issn1001653.2013.02.002 第35卷第2期 北京科技大学学报 Vol.35 No.2 2013年2月 Journal of University of Science and Technology Beijing Feb.2013 环境适应性试验中试件表面结露行为的CFD预测 曹宗宝，文磊，金莹四，王铭辉，杨斌，孙冬柏 北京科技大学国家材料服役安全科学中心，北京100083 通信作者，E-mail:yin@ustb.edu.cn 摘要针对环境仓内升温增湿过程，采用计算流体动力学(C℉D)方法预测了试件的结露行为并加以试验验证.研究 了被测试样的尺寸、材质对其表面结露行为的影响.测试结果表明，材料/构件的环境适应性试验中润湿时间存在明显 的尺寸效应和材质效应，是该类试验中需要着重考虑的因素.通过优化建模，数值模拟结果与测试数据能够较好地吻合， 表明可以利用数值模拟方法预测工程构件在环境适应性测试中的传热行为与结露规律. 关键词环境适应性：计算流体动力学(CFD):结露：尺寸效应；材质效应 分类号TG174 CFD prediction of dewing behavior on specimens in weathering test CAO Zong-bao,WEN Lei,JIN Ying,WANG Ming-hui,YANG Bin,SUN Dong-bai National Center for Materials Service Safety,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China Corresponding author,E-mail:yjin@ustb.edu.cn ABSTRACT Dewing behavior on specimens during warming and wetting processes in a weathering test chamber was predicted by computational fluid dynamics(CFD),and corresponding experiments were performed for validation.The effects of specimen size and materials on the dewing behavior were examined.The results show distinct size effect and material effect on the time of wetness (TOW)in the weathering test of engineering materials/components,indicating that these two effects should be emphatically taken into account in evaluating the safety of materials/components. Through deliberating and optimized modeling,good agreement between numerical simulation results and test data was achieved,which demonstrates that numerical simulation can be conducted to predict the heat transfer behavior and water condensation tendency on engineering components in weathering test. KEY WORDS weathering test;computational fluid dynamics(CFD);dewing;size effect;material effect 工程结构材料的失效往往会酿成恶性事故，造 复杂载荷条件模拟测试，“自然大气环境大型结构 成巨大的经济损失与人员伤亡.材料最重要、最常 材料试验装置”是该项目的重要建设内容之一，利 见的失效形式是断裂、磨损和腐蚀，其中腐蚀引起用该装置，可通过开展缩比及全尺寸结构材料的大 人们特别的关注.工程材料多置于大气环境中，相 气环境适应性测试，明确大尺寸构件与常规小尺寸 比其他类型环境下的腐蚀，大气腐蚀更加普遍，因 标准试样间的差异与联系，弥补单纯利用标准试样 大气腐蚀而损失的金属占总腐蚀量的一半以上②. 的数据来预测大型构件服役行为的不足与偏差.但 为了进行材料腐蚀寿命预测与失效分析，国内是，进行大尺寸试样测试时，试验箱内环境均匀性 外针对影响大气腐蚀的因素设计了大量的环境适应 难以控制，试样附近环境不可知性高，为避免大型 性试验，但这些试验基本停留在常规的小尺寸试样 构件环境适应性试验的盲目性、降低试验风险，在 和单一（简单）环境条件3-创.2007年2月，国家发试验设计阶段就应对试验环境及其对被测试件的影 改委批复建设“重大工程材料服役安全研究评价设 响作出较为准确的预测. 施”，项目旨在开展大尺寸构件试样在复杂环境和 交变湿热试验是一种常见的环境适应性测试 收稿日期：201208-17 基金项目：教育部新世纪优秀人才支持计划资助项目(NCET-10-0224):中央高校基本科研业务费专项(FRF-TP-10-005B):“重大 工程材料服役安全研究评价设施”预研项目(YYXM-1412-0001)DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2013．02．002