换热器中U型波纹膨胀节强度的有限元分析与研究

发布时间：2020-11-08 16:00

　　 随着近年来波纹管的迅速发展,多层波纹管也成为了主要的发展趋势。换热器中波纹管膨胀节性能的好坏直接影响着整个换热器的使用寿命和经济效益,但是受限于常规计算公式和其计算的复杂程度,无法将换热器中不同参数膨胀节各个位置所受的温度载荷和应力载荷都计算出来,并且相关的文献研究结果中没有详细的计算出换热器中膨胀节不同参数(波高、波距、层数)对膨胀节各个波上应力和性能的影响关系。所以本文就应用了有限元法模拟分析出不同参数的波纹管膨胀节对膨胀节各个位置的应力和性能指标的影响规律。本论文主要应用于基础研究,对之后更深入的换热器中膨胀节的相关研究提供了一定的理论依据和借鉴作用。本论文主要从三方面分析波纹管膨胀节:(1)通过分析常规计算和相关的文献研究结果得到换热器中膨胀节的薄膜应力、弯曲应力和轴向刚度、疲劳寿命、平面失稳性等性能指标与膨胀节的层数、波高、波距的影响关系;(2)通过有限元法建立不同参数(波高、波距、层数)的膨胀节模型,建立模型时考虑波纹管膨胀节中层与层的接触类型和整体的约束条件;并将换热器中膨胀节的实际工况带入,进行有限元模拟分析;(3)通过有限元计算结果得到的云图,确定换热器中波纹管膨胀节波上每个位置的温度载荷和应力载荷分布并与相关文献研究结果比较,分析讨论不同膨胀节参数对膨胀节各个位置的性能变化影响,得到结论。通过本论文对换热器中膨胀节的有限元研究结果可对不同参数膨胀节的各个位置的性能研究和强度评定提供一定的依据。
【学位单位】：西安石油大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TQ051.5
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 研究目的
    1.2 国内外现状
        1.2.1 国内外膨胀节发展现状
        1.2.2 波纹管膨胀节的参数研究进展
    1.3 研究方法
        1.3.1 本课题研究方法
    1.4 研究的意义
    1.5 本课题研究的内容
第二章 波纹管膨胀节的分析计算
    2.1 膨胀节分类
        2.1.1 按形状分类
    2.2 按用途分类
        2.2.1 轴向型膨胀节
        2.2.2 横向位移膨胀节
        2.2.3 角位移膨胀节
        2.2.4 压力平衡型膨胀节
    2.3 U形波纹管膨胀节的分析计算
        2.3.1 U形波纹管膨胀节的结构简图
        2.3.2 U型波纹管膨胀节的应力计算
    2.4 影响膨胀节性能的主要参数
        2.4.1 膨胀节的层数m
        2.4.2 膨胀节的层高h
        2.4.3 膨胀节的波距w
    2.5 换热器的分析计算
        2.5.1 整体模型简图
        2.5.2 换热器的材料属性
    2.6 膨胀节在换热器中的作用
        2.6.1 膨胀节与换热器的连接
        2.6.2 管子与管板的连接
        2.6.3 膨胀节对管板的影响
    2.7 本章小结
第三章 三维有限元模型的建立
    3.1 有限元法的发展及应用
        3.1.1 有限元法的应用原理
    3.2 workbench软件特点
    3.3 模型求解过程
    3.4 结构力学
    3.5 热分析
        3.5.1 稳态传热
        3.5.2 瞬态传热
    3.6 膨胀节三维有限元模型的建立
        3.6.1 几何模型的建立
        3.6.2 约束条件
        3.6.3 创建接触对
    3.7 本章小结
第四章 三维有限元模型的载荷计算
    4.1 波纹管膨胀节的材料参数
    4.2 波纹管膨胀节的几何模型
    4.3 波纹管膨胀节部分讨论
        4.3.1 膨胀节的轴向刚度
        4.3.2 膨胀节的轴向位移云图
    4.4 换热器中膨胀节的受载工况
        4.4.1 温度载荷分析
        4.4.2 壳程压力计算
        4.4.3 管程压力计算
        4.4.4 温度载荷计算
    4.5 操作工况组合
    4.6 有限元法对膨胀节的载荷过程
    4.7 本章小结
第五章 换热器中波纹管膨胀节的有限元模拟分析
    5.1 引言
    5.2 不同层数膨胀节的有限元分析
        5.2.1 仅在温度载荷作用下的温差应力分析
        5.2.2 在壳程压力和管程压力共同作用下的应力分析
        5.2.3 在温度载荷和压力载荷耦合作用下的热应力分析
        5.2.4 不同层数的总变形分析
        5.2.5 小结
    5.3 不同波距膨胀节的有限元分析
        5.3.1 仅在温度载荷作用下的温差应力分析
        5.3.2 在壳程压力和管程压力共同作用下的应力分析
        5.3.3 在温度载荷和压力载荷耦合作用下的热应力分析
        5.3.4 不同波距的总变形分析
        5.3.5 小结
    5.4 不同波高膨胀节的有限元分析
        5.4.1 仅在温度载荷作用下的温差应力分析
        5.4.2 在壳程压力和管程压力共同作用下的应力分析
        5.4.3 在温度载荷和压力载荷耦合作用下的热应力分析
        5.4.4 不同波高的总变形分析
        5.4.5 小结
    5.5 本章小结
第六章 结论与展望
致谢
参考文献
硕士成果及发表的学术论文

【参考文献】

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本文编号：2875004