一种考虑盐分潮解效应的固体表面润湿模型的构建方法及应用方法与流程

本发明属于材料表面工程与大气腐蚀模拟领域，具体涉及到一种考虑盐分潮解效应的固体表面润湿模型的构建方法及应用方法。

背景技术：

1、海洋大气环境具有高温、高湿、高盐雾、昼夜温差大、干湿交替频繁等典型特征。在南海、东海、沿海工业区及海岛装备场景中，镀锌钢、铝合金、硅橡胶、环氧涂层等关键材料长期暴露服役，表面持续发生盐雾颗粒沉降、吸湿潮解、水汽凝露、液膜生长、水分蒸发、盐分结晶与再分布等耦合物理化学过程。海洋大气中以nacl 为主的可溶性盐类在相对湿度达到潮解临界湿度时快速吸收水汽形成离子型电解液微液膜，显著改变固体表面润湿性、界面能、接触角、导热绝缘特性，并直接诱发膜下电化学腐蚀、涂层起泡、附着力下降、绝缘劣化、漏电起痕等失效，严重降低装备运行可靠性与服役寿命。

2、当前固体表面润湿与凝露模型多基于纯水气体系建立，以经典开尔文方程、young方程、fick扩散定律、laplace方程及magnus-tetens露点公式为核心框架，在洁净干燥或无盐大气环境中具备一定适用性，但在湿热海洋高盐雾环境下存在明显技术局限：

3、（1）未考虑盐分潮解对露点、饱和蒸气压、气液界面张力的耦合修正，忽略盐离子溶解导致蒸气压降低、露点抬升、表面张力改变的物理本质，凝露临界条件计算偏差超20%；

4、（2）未建立盐分潮解引起的接触角变化与等效曲率半径的定量映射，无法描述盐溶液液膜铺展对润湿形态的影响；

5、（3）未纳入干湿循环下盐分结晶、迁移、再分布导致盐沉积密度增大、局部盐浓度升高的循环强化机制，难以预测长期服役润湿行为与腐蚀演化；

6、（4）未将温度、相对湿度、盐密沉积量、材料表面能、接触角、盐种类统一纳入耦合方程，输入单一、输出有限，无法满足多场景工程预测；

7、（5）缺少面向镀锌钢、硅橡胶等典型海洋工程材料的专用试验标定方法与参数库，模型通用性差、工程落地难度高。

8、现有凝露模型多聚焦制冷、暖通、电力绝缘子等场景，极少针对湿热海洋高盐环境开展盐分潮解-润湿-凝露-腐蚀全链条建模。然而，湿热海洋环境是多因素耦合、多种现象叠加形成的复杂系统，目前国内外关于诱发输电设备损伤的环境作用与传递机制研究缺乏，由环境引起的设备缺陷、故障的演化过程难以精细化分析，影响精准防治效果。因此，构建耦合盐分潮解效应、覆盖全演化过程、可量化计算凝露量与润湿状态、适配多材料的固体表面润湿模型，对提升海洋装备环境适应性设计水平、实现腐蚀早期预警与寿命精准评估具有重要理论价值与工程意义。

技术实现思路

1、本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

2、鉴于上述和/或现有技术中存在的问题，提出了本发明。

3、因此，本发明的目的是，克服现有技术中的不足，提供一种考虑盐分潮解效应的固体表面润湿模型。

4、为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：所述模型由盐分潮解修正的凝露热力学临界判定模型以及基于开尔文方程与扩散动力学的凝露量基础模型构成；

5、其中，所述凝露量基础模型以开尔文方程为核心，结合水蒸气扩散通量与液滴生长动力学，推导得到纯水凝露量计算式，通过盐分潮解对露点、表面张力、等效曲率半径、干湿循环盐分再分布进行耦合修正，得到如式（1）所示的单位面积凝露量的计算模型；

6、               （1）;

7、式（1）中，k5、k6为模型拟合系数，p0(t)为温度t下的饱和蒸气压；θs为盐溶液接触角；γsv为固-气界面能；s为盐密沉积量；t为热力学温度；rh (t)为相对湿度。

8、作为本发明所述考虑盐分潮解效应的固体表面润湿模型的一种优选方案，其中：所述盐分潮解修正的凝露热力学临界判定模型td,salt表达式如式（2）所示；

9、td,salt= td+ δt                               （2）；

10、式（2）中，td为纯水露点，计算式如式（4）的magnus-tetens公式所示；δt为露点提升量，计算式如式（3）所示；

11、δt≈k·csalt                                     （3）；

12、式（3）中，k为盐特性常数；csalt为盐质量分数；凝露发生判据为固体表面温度ts＜td,salt;

13、其中，纯水基凝露td计算模块采用如式（4）所示的magnus-tetens公式计算；

14、                                     （4）；

15、式（4）中，a=17.27℃；b=237.7℃；t为环境温度；rh为相对湿度。

16、作为本发明所述考虑盐分潮解效应的固体表面润湿模型的一种优选方案，其中：所述表面张力的耦合修正引入盐密沉积量s，盐溶液表面张力γsalt满足式（5）；

17、γsalt=γlv+k4·s                              （5）；

18、式（5）中，γlv为纯水液-气界面张力，计算式由neumann方程推导得到，如式（6）所示；k4为表面张力修正系数；

19、                                     （6）；

20、式（6）中，γsv为固-气界面能，θ为纯水接触角。

21、作为本发明所述考虑盐分潮解效应的固体表面润湿模型的一种优选方案，其中：所述等效曲率半径的耦合修正基于液滴体积守恒，得到修正后等效曲率半径rs,计算式如式（7）所示；

22、                            （7）；

23、式（7）中，θ为纯水接触角；θs为盐溶液接触角。

24、作为本发明所述考虑盐分潮解效应的固体表面润湿模型的一种优选方案，其中：所述干湿循环盐分再分布包括，低湿度下水分蒸发、盐分结晶聚集使s升高；高湿度下盐粒再次潮解，溶液浓度提升、接触角降低、凝露量循环强化。

25、本发明的再一目的是，提供一种考虑盐分潮解效应的固体表面润湿模型的应用方法。

26、为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：包括，

27、获取环境参数与材料参数，包括环境温度t、相对湿度rh、固体表面温ts、固-气界面能γsv、纯水接触角θ、盐溶液接触角θs、盐密沉积量；

28、采用magnus-tetens公式计算纯水露点td，结合盐特性常数与盐质量分数修正得到潮解修正露td,salt，依据固体表面温度ts与潮解修正露点td,salt的大小关系判定凝露是否发生；

29、若ts＜td,salt，则判定凝露发生，将环境参数与材料参数代入式（1）所示的单位面积凝露量的计算模型，计算得到单位面积凝露量，输出材料表面润湿状态，以判断腐蚀风险等级。

30、作为本发明所述考虑盐分潮解效应的固体表面润湿模型的应用方法的一种优选方案，其中：所述固体表面润湿模型适用于材料在海洋大气环境中的润湿行为预测、腐蚀早期预警与寿命评估。

31、作为本发明所述考虑盐分潮解效应的固体表面润湿模型的应用方法的一种优选方案，其中：所述材料包括镀锌钢板、硅橡胶、环氧涂层、铝合金、不锈钢。

32、本发明有益效果：

33、（1）通过耦合盐分潮解多维度修正，凝露临界条件与凝露量计算误差≤10%，实现预测精度显著提升。

34、（2）完整模拟盐沉积、潮解、凝露、蒸发、再结晶、再潮解的六阶段全过程，可长期预测润湿与腐蚀演变。

35、（3）适用于镀锌钢板、硅橡胶、环氧涂层、铝合金、不锈钢等典型海洋装备材料，通用性强。

36、（4）配套完整参数采集、试验标定、系数拟合与验证流程，可直接用于装备环境适应性设计。

37、（5）可输出凝露判定、凝露量、表面润湿状态与腐蚀风险等级，支持腐蚀早期预警与寿命精准评估。