基于数值传热的高温液体容器壁厚监测系统研究

发布时间：2017-09-16 12:04

  本文关键词：基于数值传热的高温液体容器壁厚监测系统研究

  更多相关文章： 热力测厚 数值传热 监测系统 实验分析

【摘要】：由于当今社会的不断发展,钢铁、水泥等工业行业的设备越来越大型,使用条件越来越高,因此很多的容器和管道特别容易产生损坏和剥落等现象而导致大型事故的发生。如何能准确针对高温储运设备进行厚度监测,是目前需要解决的问题,也是本文要解决的问题。本文主要基于传热的数值计算方法研发一套高温液体容器壁厚在线监测的原理、技术和实施系统。(1)高温容器壁的热力测厚原理与技术方案研究。通过对整个传热过程分析,研究其导热、热对流以及热辐射的综合传热过程,找到厚度与各参数如结构参数与物性参数、温度等之间的关系,根据各参数之间的关系提出热力测厚的原理。在热力测厚原理的基础上,提出多个技术实施方案。(2)热力测厚的传热数值计算方法研究。重点解决:基于壁厚修正与迭代计算的求解方法;ANSYS软件中容器结构的参数化建模应用方法;高温液体对流与容器壁导热的流固耦合传热计算方法;MATLAB与ANSYS联合计算的数据交换方法;基于热流密度偏差的壁厚修正方法。实现了热力测厚的传热数值计算,适用性广,不只局限于规则容器。(3)壁厚迭代初始值取值方法及热力测厚的精度研究。对比分析多种壁厚迭代初始值取值方法的优劣,确定将一维条件下的厚度计算数据作为迭代初始值。为了针对热力测厚方法的主要影响因素进行分析,推导了一维稳态导热情况下的厚度求解公式,并进行各因素的误差分析,寻求热力测厚监测系统中产生误差的主要原因,并确定技术的适用条件及提高精度的方法。(4)热力测厚的实验方案与验证研究。基于一维稳态导热测厚原理,设计了一个内表面分别带有半球形凹陷、圆锥形凹陷、长条形凹陷、半圆柱形凹陷和斜面的实验模具,实验过程中模具内壁面温度可高达350℃,实验结果的分析表明,一维热力测厚的误差在10%~18%之间,证明了本文提出的基于数值传热的高温液体容器壁厚监测原理与方法的正确性和技术可行性。本文提出的基于数值传热的高温液体容器壁厚监测原理与方法可为钢铁、食品、水泥等工业行业的高温液体容器的安全运行提供技术保障。
【关键词】：热力测厚 数值传热 监测系统 实验分析
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP274;TK124
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 课题来源及研究的背景和意义10-12
• 1.1.1 课题的来源10
• 1.1.2 课题研究背景和意义10-12
• 1.2 国内外在该方向的研究现状及分析12-16
• 1.2.1 测厚技术国内外研究现状12-14
• 1.2.2 传热数值计算的国内外研究现状14-16
• 1.2.3 国内外文献综述分析16
• 1.3 主要研究内容16-18
• 第2章 容器壁的热力测厚原理研究18-31
• 2.1 高温容器传热过程分析18-23
• 2.1.1 热传递18-19
• 2.1.2 容器壁内固体导热19-20
• 2.1.3 容器内外壁侧热对流20-22
• 2.1.4 容器外壁侧热辐射22-23
• 2.2 热力测厚的原理23-25
• 2.3 热力测厚的技术实施方案25-30
• 2.3.1 数据监测实施方案25-28
• 2.3.2 数据处理方法与过程28-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第3章 热力测厚的传热数值计算方法31-46
• 3.1 热力测厚的传热数值计算过程分析31-32
• 3.2 热力测厚传热数值计算的关键问题32-42
• 3.2.1 参数化建模32-35
• 3.2.2 流固耦合的传热数值计算35-38
• 3.2.3 MATLAB和ANSYS联合计算接口38-40
• 3.2.4 厚度迭代数据的修正40-42
• 3.3 热力测厚传热数值计算方法42-45
• 3.3.1 热力测厚数值计算流程图42-43
• 3.3.2 热力测厚数值计算过程43-45
• 3.4 本章小结45-46
• 第4章 迭代初始值及监测精度分析46-64
• 4.1 迭代初始值的确定方法46
• 4.2 一维稳态条件下的热力测厚原理研究46-52
• 4.2.1 一维热力测厚原理研究47-48
• 4.2.2 对流换热系数的求解48-50
• 4.2.3 一维平壁稳态条件下程序50-52
• 4.3 监测精度分析52-62
• 4.3.1 误差的基本概念52-53
• 4.3.2 各因素对测量误差的影响53-61
• 4.3.3 误差分析的结果61-62
• 4.4 技术适用性与提高精度的方法62-63
• 4.5 本章小结63-64
• 第5章 实验方案与验证64-85
• 5.1 实验方案64-72
• 5.1.1 实验整体思路64
• 5.1.2 实验模具的设计与加工64-68
• 5.1.3 实验仪表与材料68-71
• 5.1.4 实验方案71-72
• 5.2 实验过程72-75
• 5.3 实验数据处理75-81
• 5.3.1 数据处理流程75-76
• 5.3.2 圆形凹陷外壁数据处理76-79
• 5.3.3 条形凹陷外壁数据处理79-81
• 5.4 实验结果分析81-83
• 5.4.1 圆形凹陷外壁数据结果分析81-83
• 5.4.2 条形凹陷外壁数据结果分析83
• 5.5 实验总结83-84
• 5.6 本章小结84-85
• 结论85-86
• 参考文献86-89
• 攻读学位期间发表的学术论文89-91
• 致谢91

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 郭建平;王玉;王文英;;小波包分析在摩擦焊超声检测信号消噪中的应用[J];航空精密制造技术;2006年03期

2 张强;刘巨保;赵晓荣;;换热管流固耦合传热的分区求解数值算法[J];科学技术与工程;2010年28期

3 沈功田,李涛,姚泽华,邱虹程;高温压力管道红外热成像检测技术[J];无损检测;2002年11期

，

本文编号：862925