蜂窝陶瓷蓄热体热震力学性能的研究

发布时间：2017-09-13 22:46

  本文关键词：蜂窝陶瓷蓄热体热震力学性能的研究

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【摘要】：低浓度煤矿瓦斯是与煤炭相伴生的优质洁净能源,因其浓度低、产值小的特点,许多煤矿企业采取了抽取排空的处理方式,这种方式会对地球产生较大的温室效应。热逆流氧化技术是使低浓度煤矿瓦斯资源化的一种重要技术手段。蜂窝陶瓷蓄热体作为热逆氧化技术核心装置中重要的组成部件,研究其热震力学指标、应力变化规律,对提高陶瓷的抗热震性和延长蓄热工件的使用寿命提供理论依据。首先,本文实验研究了陶瓷蓄热材料的热震力学性能指标的变化规律。实验分两部分:一采用空冷法对莫来石质陶瓷试件进行了热震实验(分为一次热冲击实验和热疲劳实验);二采用超声波法,进行了弹性模量、剪切模量和泊松比的测定实验。实验结果表明:在一次热冲击实验过程中,热冲击温差越大,弹性模量的值下降趋势越明显;在热冲击疲劳实验中,同一循环次数下,热冲击温差越大,弹性模量值越小;剪切模量具有同超声横波波速的变化规律的一致性;泊松比在多次热冲击循环作用下,热冲击温差越大,泊松比的值波动越大。其次,本文模拟了实际冷热流体交变流动的工况下,普通方孔蜂窝陶瓷蓄热体的温度场及其应力场变化规律。温度场计算结果表明:普通方孔陶瓷蓄热体的温度变化为周期性上升趋势,经过一段时间,其温度值稳定。应力场计算结果表明:升温阶段的不同时刻和格孔的不同位置,其热应力值各不相同;在蓄热体的升温过程中,以普通正方形蓄热体格孔的温度呈周期性稳定时的热应力最大,且最大值在靠近角点的E线上的高温烟气入口位置处。
【关键词】：蜂窝陶瓷蓄热体 超声检测 脉冲回波法 瞬态温度场 瞬态热应力
【学位授予单位】：山东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD712.6
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 课题背景及意义10-12
• 1.2 蓄热体的发展过程及研究方向12-15
• 1.2.1 蓄热体的发展12-13
• 1.2.2 针对蜂窝陶瓷蓄热体的研究现状13-14
• 1.2.3 蓄热材料的抗热震性14-15
• 1.3 本课题研究内容及技术路线15-16
• 第二章 陶瓷蓄热材料热震力学性能的实验研究16-36
• 2.1 超声波测量理论基础16-19
• 2.1.1 超声波及其特性16-17
• 2.1.2 超声法测量材料力学性能指标17-19
• 2.2 超声应用及脉冲回波法19-23
• 2.2.1 超声应用分类及检测常用方法19-22
• 2.2.2 多次底面回波法的使用仪器及工作原理22-23
• 2.3 试件制备和热震实验23-25
• 2.3.1 实验材料及试件制备23-24
• 2.3.2 热震实验设计及其过程24-25
• 2.4 莫来石质陶瓷试件的声速和密度测量及实验结果25-31
• 2.4.1 超声波速和密度的测量25-28
• 2.4.2 热疲劳下的波速测量数据28-29
• 2.4.3 热疲劳下的横波和纵波波速变化曲线29-30
• 2.4.4 热疲劳下的密度实验结果及分析30-31
• 2.5 陶瓷蓄热材料物理力学性能参数的实验结果31-34
• 2.5.1 蓄热材料的物理力学特性参数的计算31
• 2.5.2 热震实验中的弹性模量变化规律31-33
• 2.5.3 热疲劳下的剪切模量变化规律33
• 2.5.4 热疲劳下的泊松比变化规律33-34
• 2.6 本章小结34-36
• 第三章 交变工况下蜂窝陶瓷的瞬态温度场研究36-48
• 3.1 仿真软件—CFD软件介绍36-40
• 3.1.1 CFX软件应用理论—FVM法37-40
• 3.1.2 CFX软件解决问题的步骤40
• 3.2 计算模型及网格划分40-42
• 3.2.1 计算模型的确定40-41
• 3.2.2 模型网格划分41-42
• 3.3 蓄热体传热控制方程组及其边界条件设定42-43
• 3.3.1 传热控制方程组42-43
• 3.3.2 传热边界条件43
• 3.4 方孔蜂窝陶瓷蓄热体的温度场数值模拟结果43-45
• 3.4.1 蜂窝陶瓷蓄热体的横向截面温度云图43-45
• 3.4.2 蜂窝陶瓷蓄热体的纵向截面温度云图45
• 3.5 方孔蜂窝陶瓷蓄热体的瞬态温度场45-46
• 3.6 两入口端处的温度随时间的变化规律46-47
• 3.7 本章小结47-48
• 第四章 交变工况下蜂窝陶瓷的瞬态热应力研究48-59
• 4.1 有限元分析方法理论及应用48-51
• 4.1.1 热应力有限元理论49-50
• 4.1.2 流体到固体的单向耦合50-51
• 4.1.3 ANSYS软件分析的主要步骤51
• 4.2 方孔陶瓷蓄热体的热应力计算位置确定及约束条件51-53
• 4.2.1 蓄热体的热应力计算位置确定51-52
• 4.2.2 蓄热体约束条件及边界设定52-53
• 4.3 方孔陶瓷蓄热格孔模型的不同位置其热应力变化规律53-58
• 4.3.1 蓄热体格孔壁面中点A线处和B线处的应力变化53-55
• 4.3.2 蓄热体格孔拐角C线处和D线处的应力变化55-56
• 4.3.3 靠近角点E线处因结构产生的热应力56-58
• 4.4 本章小结58-59
• 第五章 全文总结与展望59-61
• 5.1 全文总结59
• 5.2 工作展望59-61
• 参考文献61-65
• 在读期间公开发表的论文65-66
• 致谢66

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本文编号：846377