高压U型管式换热器管板的有限元分析研究

发布时间：2017-04-13 22:24

  本文关键词：高压U型管式换热器管板的有限元分析研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：管壳式换热器是石油化学工业中最常见的设备。而管板是管壳式换热器中最重要也是最复杂的承压部件。它对整台换热器的安全性和经济性有极重要的影响。前人对管板的分析主要应用“等效管板理论”,存在较大局限性。 本论文在研究高压U型管换热器管板时突破了前人对管板分析时应用“等效管板理论”的局限,建立了换热器管板(包括管箱、壳体和换热管)的三维实体有限元模型。在此基础上,分析了管板的温度场分布,并按照应力分析标准JB4732-1998分析了管板在包括开工、正常工作和停车等过程中可能出现的七种瞬态和稳态操作工况下的强度状况。 通过温度场分析得到管板上温度的分布规律为:在管板的布管区,管板大部分的厚度上温度接近流经该处换热管的管程流体温度,只在管板靠近壳程流体一侧很薄的一层管板材料内温度才接近该处附近壳程流体温度。这种现象叫做“表皮效应”,管板内沿厚度的温度分布只在壳程一侧表面附近的薄层内形成很大的温度梯度。 通过强度分析表明:对于厚管板,“表皮效应”在管板的上述薄层内引起的温差应力非常显著;而且此管板的危险工况不是发生在管程载荷、壳程载荷和温度载荷同时作用的正常操作工况下,而是发生
【关键词】：管板 有限元方法(FEM) 温度场分析 应力分析
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：TQ051.5
【目录】：

• 第一章 绪论10-19
• 1.1 课题来源10
• 1.2 换热器管板概述10-11
• 1.3 换热器管板分析方法的发展11-12
• 1.4 前人对换热器管板的研究12-17
• 1.4.1 前人在等效管板理论上所做的工作12-15
• 1.4.2 前人在管板有限元分析方面做的工作15-17
• 1.5 本课题研究的目的和意义17-18
• 1.6 本课题的主要内容18-19
• 第二章 带有管箱、壳体和换热管的管板有限元模型19-38
• 2.1 有限元数值分析方法和ANSYS通用有限元程序简介19-20
• 2.1.1 有限元数值分析的方法简介19-20
• 2.1.2 ANSYS有限元软件简介20
• 2.2 分析项目描述20-21
• 2.3 模型简化21-23
• 2.4 材料特性、传热特性和单元类型23-27
• 2.4.1 材料特性23-24
• 2.4.2 传热特性24-25
• 2.4.3 采用的单元类型25-27
• 2.5 几何模型和有限元模型的建立27-31
• 2.6 位移和载荷边界条件以及温度边界条件的施加31-38
• 第三章 换热器管板稳态温度场分析38-41
• 3.1 温度场分布38-39
• 3.2 路径结果分析39-40
• 3.3 小结40-41
• 第四章 七种操作工况下管板的应力分析和强度校核41-71
• 4.1 各载荷工况下的分析结果及讨论42-55
• 4.1.1 管程压力工况(Load case Ⅰ)亦是Operating case 1管程先开的开工瞬态工况的分析结果及讨论42-47
• 4.1.2 壳程压力工况(Load case Ⅱ)亦是Operating case 2管程先开的开工瞬态工况的分析结果及讨论47-51
• 4.1.3 温度载荷工况(Load case Ⅲ)亦是Operating case 3管程和壳程同时停下的瞬态工况的分析结果及讨论51-55
• 4.2 各种操作工况下的分析结果及讨论55-68
• 4.2.1 管程壳程同时开放的开工瞬间工况(Operating case 4)的分析结果及讨论55-57
• 4.2.2 管程压力和温度载荷同时作用时的瞬间工况(Operating case 5)的结果分析57-62
• 4.2.3 壳程压力和温度载荷同时作用时的瞬间工况(Operating case 6)的分析结果及讨论62-64
• 4.2.4 管程、壳程压力和温度载荷同时作用时的稳态工况(Operating case 7)的分析结果及讨论64-68
• 4.3 小结68-71
• 第五章 管板厚度减薄10％的分析结果71-75
• 第六章 结论75-77
• 参考文献77-80
• 附录80-98
• 致谢98-99
• 研究生期间已发表或待发表论文99-100
• 北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书100-101

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 郭崇志;林长青;;固定管板式换热器的温度场数值分析[J];化工机械;2008年06期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 胡玉红;管壳式换热器弹塑性有限元分析若干问题研究[D];大庆石油学院;2010年

中国硕士学位论文全文数据库 前9条

1 杨宏悦;大型固定管板式换热器管板的有限元分析[D];北京化工大学;2006年

2 季维英;管壳式换热器管板应力的三维有限元分析[D];南京理工大学;2006年

3 杨国政;基于ANSYS斜锥壳固定管板釜式重沸器有限元分析[D];河北工业大学;2007年

4 张杨;斜锥壳管壳式换热器的有限元分析及应力评定[D];北京化工大学;2008年

5 陈龙;换热器管板胀接性能与多孔管板等效方法研究[D];大庆石油学院;2010年

6 庞凌慧;折流板预应力换热器性能的数值模拟研究[D];华南理工大学;2010年

7 卢其兵;太阳能热水器系统蛇管式换热器仿真分析[D];武汉理工大学;2011年

8 于晓东;有限元分析技术在管板轻量化设计中的应用[D];北京化工大学;2011年

9 张江勇;生物质燃料加热设备的设计、分析及试验研究[D];太原理工大学;2012年

  本文关键词：高压U型管式换热器管板的有限元分析研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：304634