潛艇螺旋槳區(qū)域腐蝕電場(chǎng)模型特征及奇異峰成因分析

何 芳,王向軍,王曉蓓

(海軍工程大學(xué) 電氣工程學(xué)院, 湖北 武漢 430033)

電磁場(chǎng)邊值條件一般分為三類:邊界電位已知的第一類邊值條件(狄利克雷邊值條件),如各種金屬置于海水中的自腐蝕電位[1-4];電流密度已知的第二類邊值條件(諾依曼邊值條件),如陰極保護(hù)系統(tǒng)中的陽極輸出電流[5-8];邊界電位和電流密度函數(shù)已知的第三類邊值(混合邊值條件),如陽極、陰極表面的極化曲線函數(shù)[9-12]。基于邊界元法的潛艇腐蝕電場(chǎng)建模中的邊值問題,通常考慮以材料極化狀態(tài)為邊界條件,主要有三種處理方法:一是不考慮極化過電位,采用恒電位邊界;二是將極化電位與電流密度視為線性關(guān)系,以極化曲線的線性區(qū)間作為邊界;三是采用材料的非線性極化曲線為邊界,引入電極電位或過電位隨電流密度變化的函數(shù)關(guān)系。若邊界條件的選取不考慮實(shí)際極化狀態(tài),所建模型會(huì)與實(shí)際電場(chǎng)分布產(chǎn)生較大偏差,螺旋槳區(qū)域甚至?xí)霈F(xiàn)奇異峰現(xiàn)象。

本文采用實(shí)測(cè)船用921合金鋼和鎳青銅螺旋槳材料極化曲線作為邊界條件,基于邊界元法推算潛艇水下腐蝕電場(chǎng)分布,重點(diǎn)對(duì)比分析了恒電位和非線性邊界條件下的電場(chǎng)特征,并通過建立阻抗譜參數(shù)下的船殼-螺旋槳電化學(xué)阻抗等效電路,分析了潛艇腐蝕電場(chǎng)螺旋槳區(qū)域產(chǎn)生奇異峰的原因。

1 電化學(xué)極化參數(shù)及阻抗譜測(cè)定

電化學(xué)試驗(yàn)過程中將船用921合金鋼材料、螺旋槳鎳青銅材料加工成圓柱狀,工作面積為1 cm2,非工作面積用環(huán)氧樹脂封嵌,實(shí)驗(yàn)樣片均用金相砂紙打磨,經(jīng)蒸餾水沖洗,乙醇棉球擦拭,冷風(fēng)吹干后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。……