在海底管道的阴极保护中数学模型的建立与应用研究
本论文在模拟实验所用的天然海水、四倍稀释海水和十六倍稀释海水中将铝阳极进行循环伏安扫描，经实验证实所用铝阳极发出的电流均能在几个小时内达到模拟实验所要求的临界值，满足模拟实验的基本活化性能要求。在上述三种海水介质中将无垢层和已经预先形成垢层的钢丝试样进行阴极极化扫描，得到了做数值模拟时表观面电阻率的重点取值范围。
根据相似论和因次分析的理论，将四米钢丝作为模拟海管进行实验室模拟实验，得到了钢丝试样及铝阳极的极化信息，从而得到了用于数值计算的边界条件，可以用于验证建立的数学模型是否合理，又可以为实际海管的阴极保护设计提供基础资料，起到了将数值计算与阴极保护设计相结合的纽带作用。
由于钢丝上各点相对于阳极存在空间上的差异，因此各点的表观面电阻率也存在差异。将四米钢丝均匀分为十段，每一段与阳极相连，在天然海水中进行模拟实验，得到了十段钢丝的平均表观面电阻率均是时间的函数，在空间上表观面电阻率呈波浪形分布。
在实验室模拟实验的基础上建立数学模型，通过将数学模型中表观面电阻率取不同值进行有限元计算的比较，得出对于模拟海管取平均表观面电阻率值得到的有限元计算结果是合理的。然后将在三种海水介质中所得到的边界条件用于数学模型进行数值计算，由于模拟实验中阳极电位很难测准，导致数值计算结果同实测值之间有较大误差。实验中得到距离阳极0.382·L(L为钢丝长度)处的电位可以作为钢丝的平均电位，所以采取了将数值计算结果经上下平移使得在0.382·L处与实测值重合的方法，最终得到数值计算结果与实测值能够很好的吻合，证明建立的数学模型是合理的，模拟实验所得边界条件是正确的。
模拟海管是实际海管的有效模拟，模拟实验实测值与有限元计算所得计算结果能够很好的吻合，说明所建立的数学模型可以通过有限元计算用于实际海底管道的阴极保护设计。根据JZ20-2实际海管的相关参数，经过有限元计算得到了阴极保护设计方案。
海底管道;阴极保护;模拟海管;相似论;因次分析
中国海洋大学
硕士
海洋化学
杜敏
2008
中文
TG172.5;TG174.41
77
2008-12-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）