男人天堂日韩,中文字幕18页,天天伊人网,成人性生交大片免费视频

固定管板換熱器優(yōu)化設(shè)計(jì)分析論文

時(shí)間:2021-04-21 13:18:45 論文 我要投稿

固定管板換熱器優(yōu)化設(shè)計(jì)分析論文

  一、

固定管板換熱器優(yōu)化設(shè)計(jì)分析論文

  換熱設(shè)備是核電、化工、石油及其他許多工業(yè)部門廣泛使用的設(shè)備,其中管殼式換熱器以其高度的可靠性和廣泛的適用性,至今仍占據(jù)主導(dǎo)地位。在固定管板換熱器中,殼體,管板和換熱管之間為剛性連接,在各種載荷作用下的變形必須互相協(xié)調(diào)。本文采用有限元分析的方法,計(jì)算固定管板換熱器在內(nèi)壓和溫度載荷耦合場的作用下,其管板所受的應(yīng)力,并分別計(jì)算了不同厚度的管板所受的應(yīng)力,以獲得管板厚度與應(yīng)力的關(guān)系。

  二、工作條件與結(jié)構(gòu)

  本文以核電廠的某冷卻器為例,該換熱器為固定管板式換熱器,殼體為Ф219.1×4mm,換熱管為Ф19×2mm,正三角形排列,管板上共布了26根管子,管板厚度為30mm,殼體厚度為4mm,殼側(cè)材料為022Cr19Ni10,管側(cè)材料為022Cr17Ni12Mo2。換熱器的設(shè)計(jì)參數(shù)如下:設(shè)計(jì)壓力:管程pt=0.66MPa,殼程ps=0.5MPa;設(shè)計(jì)溫度:管程進(jìn)出口溫度為20℃~70℃,殼程流體發(fā)生相變,進(jìn)出口溫度均為138.8℃。材料的彈性模量為E=2.1×105MPa,泊松比為ν=0.3。換熱管與管板的連接采用脹焊并用的方法,焊接后進(jìn)行脹接。在之前的工程中出現(xiàn)過該換熱器由于工廠工藝限制,無法滿足換熱器的管子和管板之間拉脫力的要求,為此工廠不斷提高脹接壓力試圖達(dá)到所需的拉脫力。隨著脹接力的增加,殘余接觸應(yīng)力的峰值也會增加,使換熱管在脹管區(qū)和非脹管區(qū)的應(yīng)力都不斷增加,令管板內(nèi)的換熱管發(fā)生開裂,并且制造廠在提高脹接壓力后發(fā)現(xiàn)換熱管的壁厚減薄率超出適用范圍,無法滿足設(shè)計(jì)需求,最后只能通過增加脹接距離的方法來提高拉脫力,但在非脹管區(qū)進(jìn)行脹接需要工廠操作控制得當(dāng),否則容易損壞焊縫,因此不推薦該做法。通過經(jīng)驗(yàn)反饋,吸取以往的工程經(jīng)驗(yàn),將本換熱器重新進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),考慮將管板的厚度增加,以滿足拉脫力的要求。理論上增加管板的`厚度相當(dāng)于加強(qiáng)其剛度,是降低應(yīng)力的一個(gè)措施,到底是不是這樣還需要計(jì)算所得,通過有限元分析來獲取一個(gè)合適的管板厚度。因此接下來利用ANSYS熱結(jié)構(gòu)耦合場分析方法對管板進(jìn)行分析。

  三、有限元建模

  以厚度為45mm的管板為模型,利用熱工計(jì)算出的換熱參數(shù),對換熱器進(jìn)行溫度場分析,完成熱分析后,再施加結(jié)構(gòu)載荷再通過耦合場分析,獲得管板的應(yīng)力,分別計(jì)算不同厚度的管板其應(yīng)力的大小來獲得管板厚度與應(yīng)力的關(guān)系,來選擇最合適的管板厚度。(一)載荷與邊界條件。為了提高計(jì)算的精度,真實(shí)模擬換熱管與管板連接處各個(gè)部件的應(yīng)力狀態(tài),管箱、管板、換熱管和殼體均采用實(shí)體單元,為減少計(jì)算量,利用對稱功能將其簡化為1/4的實(shí)體分析模型,在殼側(cè)只保留一部分的外伸換熱管和殼體,外伸長度,設(shè)置材料參數(shù)屬性,并對其進(jìn)行網(wǎng)格劃分,(二)熱分析施加載荷與邊界條件。熱分析過程中,只為模型添加熱載荷,不需添加力邊界條件。首先為模型添加對流傳熱方式,設(shè)置換熱器內(nèi)部流體與換熱器壁面為對流邊界,根據(jù)熱工計(jì)算結(jié)果,分別輸入殼程和管程的對流傳熱系數(shù)11432.1W/m2℃與2407.1W/m2℃,對換熱管的外表面、殼程筒體內(nèi)表面和管板殼側(cè)表面施加138.8℃的溫度載荷,并對換熱管的內(nèi)表面、管箱內(nèi)表面和管板管程表面施加20℃的溫度載荷。(三)結(jié)構(gòu)分析模型載荷與邊界條件。在熱分析后進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析,此時(shí)在換熱器的殼側(cè)和管側(cè)施加相應(yīng)的壓力載荷;壓力載荷施加完成后再將熱分析得到的溫度分析結(jié)果作為載荷加載到模型上。力邊界條件為,在換熱器的對稱面上施加位移約束。

  四、計(jì)算結(jié)果

  (一)熱分析結(jié)果。為換熱器的溫度場分布云圖,通過熱分析可清楚看出換熱器在正常工況下各處的溫度分布情況?梢姎んw和管側(cè)筒體的溫度分布較為均勻,管板與殼側(cè)筒體連接區(qū)域的溫度梯度較大。最大應(yīng)力發(fā)生在管板與殼體連接的地方,靠近底部;分析原因,一是管板與殼體連接處溫度變化劇烈,從高溫急劇變化到低溫,該區(qū)域存在較大的溫差,于是受到的應(yīng)力急劇增大;二是殼體與管板的厚度相差較大,造成了連接處的不連續(xù)性,形成了局部的應(yīng)力集中;三是管板材料為022Cr17Ni12Mo2,殼體材料為022Cr19Ni10,兩種不同的材料性能存在差異。(二)結(jié)構(gòu)分析結(jié)果。結(jié)構(gòu)分析時(shí),將熱分析的結(jié)果導(dǎo)入到結(jié)構(gòu)分析模塊中,溫度場分析所得的節(jié)點(diǎn)溫度作為載荷施加到模型上,同時(shí)施加力邊界條件,可見最大應(yīng)力值發(fā)生在管板與管程筒體的連接處,其他較大應(yīng)力的位置是殼程筒體與管板連接處和管板開孔的位置,這三個(gè)位置均為結(jié)構(gòu)不連續(xù)位置,因?yàn)榈玫降膽?yīng)力較大。對其進(jìn)行應(yīng)力線性化,對應(yīng)力進(jìn)行評定,換熱器滿足工作要求,結(jié)構(gòu)安全可靠。(三)管板厚度對比分析。以上的分析是以管板厚度45mm為例,獲得換熱器所受的應(yīng)力,為了獲得不同管板厚度下?lián)Q熱器的應(yīng)力分布,本節(jié)分別選擇管板厚度為30mm,45mm和60mm對其進(jìn)行熱分析與結(jié)構(gòu)分析應(yīng)力計(jì)算,可見當(dāng)管板的厚度達(dá)到一定值后,增加管板的厚度并未降低所受應(yīng)力,原因在于殼體壁厚較小(4mm),兩者的剛度相差較大,換熱器結(jié)構(gòu)的變形和應(yīng)力主要由管板和殼體之間的溫度載荷及內(nèi)壓引起,由于增加了管板的厚度,管板抵抗變形的剛度變大,對與之連接的殼體有較強(qiáng)的約束,形成局部的應(yīng)力集中。因此選擇管板厚度45mm是比較合適的。經(jīng)工廠驗(yàn)證,在該脹接距離下脹接壓力不超過200MPa就可以達(dá)到所需的拉脫力,管子的壁厚減薄率也滿足要求。

  五、結(jié)語

  第一,殼側(cè)與管側(cè)的溫差較大,由于溫差的存在會形成較大的溫差應(yīng)力,因?yàn)闇囟容d荷對管板會造成較大的熱應(yīng)力,因此對溫差較大的換熱器進(jìn)行結(jié)構(gòu)熱耦合分析非常必要。第二,在施加了熱載荷和力邊界條件后,發(fā)現(xiàn)最危險(xiǎn)的區(qū)域沒有發(fā)生在管板上,而是發(fā)生管板與殼體的連接處,因該處結(jié)構(gòu)不連續(xù),容易形成較大的應(yīng)力。第三,管板厚度的增加并不一定能降低應(yīng)力,管板的厚度需與殼體的厚度相匹配,以免造成局部的應(yīng)力集中。采用有限元分析的方法將溫度場和結(jié)構(gòu)分析相耦合,通過計(jì)算管板在壓力載荷和溫度載荷聯(lián)合作用下的應(yīng)力,優(yōu)化了管板的厚度,使其既滿足了拉脫力的要求又滿足了經(jīng)濟(jì)性要求,為管板強(qiáng)度的設(shè)計(jì)提供了借鑒。

  【參考文獻(xiàn)

 。1]付磊,唐克倫,文華斌,王維慧,付玲.管殼式換熱器流體流動與耦合傳熱的數(shù)值模擬[J].化工進(jìn)展,2012,31(11):2384~2389

 。2]張智,劉江偉,王思文,鄭衛(wèi)剛.管殼式換熱器的熱力計(jì)算和數(shù)值仿真[J].金屬材料與冶金工程,2012,2(1):33~37

  [3]楊明,孟曉風(fēng),張衛(wèi)軍.管殼式換熱器的一種優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào),2009,5(35):615~618

  [4]張亞新,唐麗,別超.固定管板是換熱器管板熱-力耦合場有限元分析[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與研究,2012,3(28):124~126.

【固定管板換熱器優(yōu)化設(shè)計(jì)分析論文】相關(guān)文章:

總圖運(yùn)輸設(shè)計(jì)的技術(shù)優(yōu)化分析論文07-02

汽缸試水壓工裝中封板密封槽的優(yōu)化設(shè)計(jì)論文11-16

網(wǎng)頁設(shè)計(jì)中的CSS 技術(shù)及優(yōu)化分析論文11-18

現(xiàn)澆板裂縫分析論文04-27

企業(yè)優(yōu)化績效管理體系設(shè)計(jì)方法分析論文11-25

軟巖礦井采區(qū)巷道優(yōu)化設(shè)計(jì)分析論文11-10

橋式起重機(jī)疲勞分析優(yōu)化設(shè)計(jì)論文11-16

挖泥船加熱盤管優(yōu)化設(shè)計(jì)探討論文11-19

優(yōu)化職高作業(yè)設(shè)計(jì)的論文05-08