管壳式换热器的三维有限元分析

发布时间：2017-05-21 12:21

  本文关键词：管壳式换热器的三维有限元分析，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本文通过使用ANSYS程序建立了三个互为联系的三维有限元模型: 热分析模型,换热器总体模型和大开孔模型。热分析模型充分考虑了 换热器高温的特性,通过对热传导的计算,得出了比较完整的换热器 的温度场,并计算出了相应的热应力。换热器管板总体模型充分考虑 了换热器结构的复杂性以及它与热分析模型的一致性。通过使用体单 元、梁单元和壳单元,有效地减小了有限元模型的规模,为全面结构 分析奠定了坚实的基础。此模型计算的结果是分析换热器应力状态和 判定整个换热器设备安全性的基础。通过分析计算出的数据,分别讨 论了温度载荷与压力载荷对换热器的影响,确定了换热器的最危险工 况,并依据 JB4732-95《钢制压力容器—分析设计标准》,对换热器进 行了强度校核。通过建立大开孔分析模型,不仅验证了换热器在此区 域的安全性,也验证了在建立换热器管板总体模型时所做的简化是合 理的。 本文对换热器和管板的各种工况的应力分析与有关标准中的相关 结论基本相符;对热分析、应力分布、载荷的影响等分析结论与经典 理论有较好的一致性,说明本文所建立的有限元模型是合理的。并且, 通过对各种载荷下应力的比较分析,不仅找出了换热器的应力分布形 态,还发现了机械载荷应力与热应力各自对换热器应力分布的影响, 这对换热器的设计具有一定的参考价值。
【关键词】：换热器 管板 有限元模型 温度场 应力强度 结构分析
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2003
【分类号】：TK172
【目录】：

• 第 1 章 概 述9-18
• 1.1 课题来源9
• 1.2 论文选题的目的及意义9
• 1.3 有关研究领域的历史、现状和前沿发展情况9-15
• 1.3.1 传统的管板和换热器安全评定理论9-14
• 1.3.1.1 国外主要规范10-12
• 1.3.1.2 国内规范12-14
• 1.3.2 前人在本课题研究领域中的成果简述14-15
• 1.4 本课题的主要研究内容15-18
• 1.4.1 设备的特点和所研究的参数模型15-17
• 1.4.2 主要研究的内容17-18
• 第 2 章 换热器和管板三维有限元模型的建立18-34
• 2.1 模型几何尺寸及主要工艺参数19-23
• 2.1.1 模型的主要几何尺寸19-23
• 2.1.2 模型的主要工艺参数23
• 2.2 ANSYS 通用有限元程序简介23
• 2.3 单元选择23-26
• 2.3.1 单元结构模型的选择23-24
• 2.3.2 SOLID45 三维实体单元24-25
• 2.3.3 SHELL63 弹性壳单元25-26
• 2.3.4 BEAM188 梁单元26
• 2.4 材料模型的定义26-28
• 2.5 对换热管的简化28-29
• 2.6 出口端管板的简化29
• 2.7 有限元模型的建立29-33
• 2.7.1 建模要求和简化29
• 2.7.2 网格的划分29-33
• 2.8 载荷与边界条件33
• 2.9 约束条件33-34
• 第 3 章 换热器管板温度场的有限元分析和热应力计算34-51
• 3.1 温度场计算模型的选择34-36
• 3.1.1 传热学经典理论回顾34-35
• 3.1.2 热分析方式的确定35-36
• 3.2 温度场有限元模型的确定36-39
• 3.3 温度场的加载及求解39-41
• 3.3.1 载荷与边界条件39
• 3.3.2 求解39-41
• 3.4 温度场的结果分析41-44
• 3.4.1 整体分析41
• 3.4.2 管板温度场分析41-43
• 3.4.3 管子温度场分析43-44
• 3.5 温度场的分析结论44
• 3.6 热应力的有限元计算44-50
• 3.6.1 热应力分析方法的选取45
• 3.6.2 热应力分析计算模型的选取45
• 3.6.3 热应力分析的加载45
• 3.6.4 热应力分析的求解45-47
• 3.6.5 热应力的结果分析47-49
• 3.6.5.1 整体分析47
• 3.6.5.2 路径分析47-48
• 3.6.5.3 path180 路径分析48
• 3.6.5.4 path64 路径分析48
• 3.6.5.5 pathAB 路径分析48-49
• 3.6.5.6 path24 路径分析49
• 3.6.6 热应力分析结论49-50
• 3.7 本章小结50-51
• 第 4 章 不同工况下换热器的有限元分析与安全评定51-75
• 4.1 分析法安全判据51-53
• 4.2 计算模型的选取53
• 4.3 工况 1:壳程压力载荷工况53-55
• 4.3.1 加载与求解53-54
• 4.3.2 结果分析54
• 4.3.3 分析结论和安全评定54-55
• 4.4 工况 2:壳程压力和温度载荷下工况55-60
• 4.4.1 加载与求解55
• 4.4.2 结果分析55-57
• 4.4.3 路径 path180 分析57
• 4.4.4 路径 path641 分析57-58
• 4.4.5 路径 path642 分析58-59
• 4.4.6 分析结论和安全评定59-60
• 4.4.6.1 结论59
• 4.4.6.2 安全评定59-60
• 4.5 工况 3:管程压力载荷工况60-62
• 4.5.1 加载与求解60-61
• 4.5.2 结果分析61
• 4.5.3 分析结论和安全评定61-62
• 4.6 工况 4:管程压力和温度载荷下工况62-66
• 4.6.1 加载与求解62-63
• 4.6.2 结果分析63
• 4.6.3 路径 path180 分析63-64
• 4.6.4 路径 path64 分析64-65
• 4.6.5 路径 path24 分析65
• 4.6.6 分析结论和安全评定65-66
• 4.6.6.1 结论65-66
• 4.6.6.2 安全评定66
• 4.7 工况 5:机械载荷(壳程压力和管程压力)工况66-69
• 4.7.1 加载与求解66-67
• 4.7.2 结果分析67
• 4.7.3 路径 path180 分析67-68
• 4.7.4 路径 path64 分析68
• 4.7.5 路径 path24 分析68-69
• 4.7.6 分析结论和安全评定69
• 4.8 工况 6:正常工作工况(同时有全部的机械和温度载荷)69-73
• 4.8.1 加载与求解69-70
• 4.8.2 结果分析70
• 4.8.3 路径 path180 分析70-71
• 4.8.4 路径 path64 分析71-72
• 4.8.5 路径 path24 分析72-73
• 4.8.6 分析结论和安全评定73
• 4.8.6.1 结论73
• 4.8.6.2 安全评定73
• 4.9 本章小结73-75
• 第 5 章 换热器大开孔部位的有限元分析与安全评定75-82
• 5.1 计算的有限元模型75-77
• 5.2 加载与约束77-78
• 5.3 求解78-79
• 5.4 结果分析79-80
• 5.4.1 整体分析79
• 5.4.2 路径 path1 分析79
• 5.4.3 路径 path3 分析79-80
• 5.4.4 路径 path2 分析80
• 5.5 安全评定80-81
• 5.6 本章结论81-82
• 第 6 章 结 论82-84
• 6.1 对换热器分析的结论82
• 6.2 论文的贡献82-84
• 参考文献84-86
• 致 谢86-87
• 攻读学位期间发表的论文目录87

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 王村;岳东阳;;压力容器设计中补强结构的选择及运用[J];装备制造技术;2012年04期

2 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 刘天丰;非对称管壳式换热器结构分析及改进中的问题研究[D];浙江大学;2005年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 周游;换热器封板和管板耦合的强度有限元分析[D];武汉理工大学;2011年

2 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

3 吕洪;对流换热下的管壳式换热器的三维有限元分析[D];北京化工大学;2004年

4 程伟;基于FEPG的固定式管束釜式重沸器有限元计算程序的开发及其应力分析[D];河北工业大学;2006年

5 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

6 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

7 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

8 乔竞;换热器外导流筒温差补偿作用的模拟研究[D];华南理工大学;2010年

9 李坤;滚筒水冷式冷渣机主筒结构分析[D];太原理工大学;2012年

10 聂修民;过程装备与控制工程综合实验系统设计与研究[D];长春理工大学;2012年

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本文编号：383645