超声波技术的除垢机理研究及在换热器中的应用

发布时间：2017-10-13 21:36

  本文关键词：超声波技术的除垢机理研究及在换热器中的应用

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【摘要】：换热设备结垢是困扰企业生产的一道难题,超声波防除垢技术是一种新兴的防除垢技术,具有很多传统防除垢方法所不具备的优点以及良好的防除垢效果。论文主要从有限元仿真的角度针对超声波防除垢的两种主要原理进行模拟,对于推广这一技术以及指导设备安装选型具有参考意义。超声空化效应是超声波防除垢的重要原理之一,利用Fluent软件UDF用户自定义函数实现振动边界的压力脉动变化,分别模拟得到不同工况下流场中压力和气含率随时间变化规律以及流场中气相的分布。基于ANSYS/LS-DYNA显式动力分析来计算换能器高频振动作用下壳体和管箱的结构响应,重点分析了垢层与换热器内壁间剪应力的变化分布规律,发现环向、轴向和径向剪应力在除垢过程中都能起到作用。针对换能器与换热器外壁连接处在连续高频振动作用下可能出现的疲劳破坏,借鉴压力容器应力评定的思想,对关键处的应力进行线性化处理,根据这些位置的应力变化幅度Sa和材料S-N曲线来进行疲劳寿命分析。提出了一种可以实时在线对换热设备进行污垢监测和防除垢效果评价的方法,结合某换热器测得的参数,验证了其可行性。
【关键词】：换热器 超声波防除垢 超声空化 剪切应力 疲劳寿命
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK172;TB559
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 课题研究背景及意义9-10
• 1.2 换热设备常用防除垢方法介绍10-12
• 1.3 超声波防除垢设备及工作原理介绍12-15
• 1.3.1 超声波防除垢设备12-13
• 1.3.2 超声波防除垢技术的原理13-15
• 1.4 超声波防除垢的理论研究进展及应用案例15-17
• 1.4.1 理论研究进展15-16
• 1.4.2 超声波防除垢技术应用案例16-17
• 1.5 本文主要研究内容17-18
• 第2章 超声空化的数值模拟18-31
• 2.1 引言18
• 2.2 超声空化概述18-19
• 2.3 超声空化数值模拟原理19-22
• 2.3.1 Fluent软件的基本介绍19-20
• 2.3.2 多相流模型20
• 2.3.3 空泡动力学模型20-21
• 2.3.4 空化模型21-22
• 2.4 基于Fluent的超声空化仿真22-29
• 2.4.1 模型的建立与网格划分22-23
• 2.4.2 边界条件的设置23-24
• 2.4.3 不加入空化模型时流场计算结果及后处理24-26
• 2.4.4 加入空化模型时流场计算结果及后处理26-29
• 2.5 本章小结29-31
• 第3章 超声波振动传播的有限元仿真31-52
• 3.1 引言31
• 3.2 固体中的超声波传播理论31-35
• 3.2.1 超声波在单层介质中传播31-32
• 3.2.2 超声波在双层介质中的传播32-33
• 3.2.3 声弹性原理33-35
• 3.3 ANSYS-LS-DYNA的超声波模拟35-51
• 3.3.1 ANSYS/LS-DYNA介绍35-36
• 3.3.2 换热器壳体和管箱部分的建模36-38
• 3.3.3 隐式静力分析38-39
• 3.3.4 换热器壳体显式动力分析39-47
• 3.3.5 管箱的显式动力分析47-51
• 3.4 本章小结51-52
• 第4章 疲劳强度分析52-65
• 4.1 引言52
• 4.2 疲劳破坏理论52-55
• 4.2.1 疲劳破坏概述52-53
• 4.2.2 材料S-N曲线53
• 4.2.3 疲劳累积损伤理论53-55
• 4.3 疲劳强度的分析与计算55-64
• 4.3.1 振幅0.05mm时壳体振动区域分析56-61
• 4.3.2 振幅0.1mm时壳体振动区域分析61-64
• 4.4 本章小结64-65
• 第5章 超声波防除垢效果的在线评价方法65-70
• 5.1 引言65
• 5.2 污垢监测常用方法65-66
• 5.3 防除垢评价系数的提出66-69
• 5.3.1 超声波防除垢效果评价系数的定义66-68
• 5.3.2 防除垢效果评价系数法的验证68
• 5.3.3 除垢效果评价系数法的特点分析68-69
• 5.4 本章小结69-70
• 第6章 总结与展望70-72
• 6.1 总结70-71
• 6.2 展望71-72
• 参考文献72-75
• 硕士在读期间科研成果75-76
• 致谢76

【参考文献】

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本文编号：1027212