高效换热管的完整性研究

发布时间：2020-03-27 02:17

【摘要】：在工业过程设备中,换热器占有举足轻重的地位。随着社会的不断进步以及自然资源的日趋枯竭,人们对节能环保提出了更高的要求。同时,为了进一步提高传热效率,高效换热器得到了广泛的应用,高效换热管作为高效换热器的重要组成部件也得到了更大关注。高效换热管是由光滑圆管轧制而成,其具有周期性变化的波纹或内外翅片结构。由于结构异于光滑圆管,高效换热管具有较高的传热效率。国内外学者对高效换热管的传热性能已经做了很多研究,但是为了保证高效换热管在使用过程中的安全性,对其力学性能的研究也尤为重要。本文针对缩放管、螺旋槽管、T型翅片管、菱型翅片管以及螺纹管这五种高效换热管的轴向刚度、承载能力、疲劳性能、金相组织和残余应力进行完整性研究,主要内容如下:(1)运用有限元模拟和实验验证相结合的方法,对五种高效换热管的轴向刚度进行研究。首先数值模拟在轴向拉伸载荷作用下五种管型的轴向变形情况,计算出其轴向刚度,并与同规格的光滑圆管刚度进行对比,定义出刚度等效系数。其次研究高效换热管各项结构参数与刚度等效系数之间的关系,拟合相应的计算公式。最后通过轴向拉伸实验,对所拟合公式进行验证。(2)对轴向拉伸载荷作用下五种高效换热管的轴向、环向、径向应力进行数值计算,得出管壁中的应力分布规律,并考察高效换热管结构参数变化对各向应力的影响。将五种管型的各向应力与同规格的光滑圆管在相同载荷下受到的轴向应力进行对比,定义高效换热管应力增大系数,并以高效换热管结构参数为变量拟合应力增大系数关系式,为高效换热管的工程应用和强度评定提供参考。(3)对五种高效换热管及光滑圆管进行疲劳拉伸实验、金相分析实验和残余应力分析实验,考察高效换热管轧制前后抗疲劳性能以及金相组织和表面残余应力的改变情况,为高效换热管安全评定以及制定高效换热管的轧制工艺提供参考。
【图文】：

Ｆｉｇ．２－２邋Ｆｉｎｉｔｅ邋ｅｌｅｍｅｎｔ邋ｍｏｄｅｌ邋ｏｆ邋ｃｏｎｖｅｒｇｉｎｇ－ｄｉｖｅｒｇｉｎｇ邋ｔｕｂｅｓ逡逑为获得更高的计算精度，模型采用扫略网格划分方法，并根据缩放管的实际大小逡逑合理定义网格大小，图２－３为缩放管网格模型示意图。逡逑－邋ｆｆｆｉ了ｆｒＨ－ｆＴ邋Ｆｆｆｌｆｌ什ＲｔＨｔ丁Ｔｔ计邋ｔ邋１￣逦１邋ｉｒｒｔｔｒ逡逑ｆ邋ｌｉＴ邋．Ｔ＾Ｘ｜Ｘ｜４ｉｒ｜，Ｔ逦．Ｔ１ＴＴＴ７邋Ｔｉｉ邋ｆ邋ｆ邋ｉｌＭＴＴＴＴｌＴｉ邋＇ＴＴ￣邋ｊＴＴＴＴＴＴＩ邋ＴＴＴｒｒｎＴＩＴｉ邋ｉ邋ｒ！！邋Ｍ＇＇逡逑ｔ．逡逑ｓ￣＾逡逑０？００逦２０＊００逦４０＾＞０邋（ｍｍ）逡逑—Ｈ逦—邋■■■■■■邋邋Ｉ逡逑ＩＱＭ逦Ｓ０ＪＤ０逡逑图２－３缩放管网格模型逡逑Ｆｉｇ．２－３邋Ｔｈｅ邋ｍｅｓｈ邋ｍｏｄｅｌ邋ｏｆ邋ｃｏｎｖｅｒｇｉｎｇ－ｄｉｖｅｒｇｉｎｇ邋ｔｕｂｅｓ逡逑本文所研宄的轴向刚度的物理意义为在轴向拉伸载荷作用下，产生单位位移所需逡逑要的力。因此，需要施加轴向载荷并计算得到该载荷下缩放管所产生的轴向位移。结逡逑合实际工作情况，在模型的一端施加轴向及环向固定约束，另一端设为自由端，并在逡逑自由端施加轴向拉伸载荷，约束及施加载荷如图２－４及２－５所示。逡逑求解后，即可得到缩放管在轴向拉伸载荷作用下的轴向变形云图。为了排除缩放逡逑管两端直边段的影响，在分析过程中可以直接选取管中间部位波节进行分析。逡逑图２－６所７Ｆ为直径２５ｍｍ、壁厚２ｍｍ、单波节长度１５ｍｍ、肋高１ｍｍ的缩放管在逡逑２０００Ｎ轴向拉伸载荷作用下

７．５００逦２２５ＣＯ逡逑图２－２缩放管有限元模型逡逑Ｆｉｇ．２－２邋Ｆｉｎｉｔｅ邋ｅｌｅｍｅｎｔ邋ｍｏｄｅｌ邋ｏｆ邋ｃｏｎｖｅｒｇｉｎｇ－ｄｉｖｅｒｇｉｎｇ邋ｔｕｂｅｓ逡逑为获得更高的计算精度，模型采用扫略网格划分方法，并根据缩放管的实际大小逡逑合理定义网格大小，图２－３为缩放管网格模型示意图。逡逑－邋ｆｆｆｉ了ｆｒＨ－ｆＴ邋Ｆｆｆｌｆｌ什ＲｔＨｔ丁Ｔｔ计邋ｔ邋１￣逦１邋ｉｒｒｔｔｒ逡逑ｆ邋ｌｉＴ邋．Ｔ＾Ｘ｜Ｘ｜４ｉｒ｜，Ｔ逦．Ｔ１ＴＴＴ７邋Ｔｉｉ邋ｆ邋ｆ邋ｉｌＭＴＴＴＴｌＴｉ邋＇ＴＴ￣邋ｊＴＴＴＴＴＴＩ邋ＴＴＴｒｒｎＴＩＴｉ邋ｉ邋ｒ！！邋Ｍ＇＇逡逑ｔ．逡逑ｓ￣＾逡逑０？００逦２０＊００逦４０＾＞０邋（ｍｍ）逡逑—Ｈ逦—邋■■■■■■邋邋Ｉ逡逑ＩＱＭ逦Ｓ０ＪＤ０逡逑图２－３缩放管网格模型逡逑Ｆｉｇ．２－３邋Ｔｈｅ邋ｍｅｓｈ邋ｍｏｄｅｌ邋ｏｆ邋ｃｏｎｖｅｒｇｉｎｇ－ｄｉｖｅｒｇｉｎｇ邋ｔｕｂｅｓ逡逑本文所研宄的轴向刚度的物理意义为在轴向拉伸载荷作用下，产生单位位移所需逡逑要的力。因此，需要施加轴向载荷并计算得到该载荷下缩放管所产生的轴向位移。结逡逑合实际工作情况，在模型的一端施加轴向及环向固定约束，另一端设为自由端，，并在逡逑自由端施加轴向拉伸载荷，约束及施加载荷如图２－４及２－５所示。逡逑求解后
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TK172

【参考文献】

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本文编号：2602307