基于热流固耦合的换热器管束应力和振动特性研究

发布时间：2023-02-10 18:26

　　固定管板式换热器在现代工业领域有着广泛的应用,因为此类换热器结构相对稳定、可靠性更强,也更易于操作,当然由于一系列的原因,致使此类换热器使用寿命缩短的现象也屡见不鲜,影响其使用寿命的原因主要来源于两个方面:1,换热器工作过程中因管、壳程发生热交换而导致的热应力;2,因壳程流体流动而造成的振动破坏。正是因为以上现象的存在,使得换热器寿命缩短,因此,针对实际工况下换热器失效、疲劳等的研究,对于提高换热器使用寿命减少经济成本来说,迫在眉睫且极具意义。本文研究对象为某石化公司固定管板式盐水—粗丙醇换热器,并针对以上两方面的问题,采用相应方法进行了针对性的研究。1.针对热交换引起的热应力破坏:运用热流固耦合的方法,采用Fluent软件对换热器内管、壳程流场特性进行了数值模拟,并将得到的压力、温度数据通过耦合面传递至结构分析之中,并作为载荷施加在换热器模型上,从而得到换热器不同载荷下的应力分析结果,并将其与换热器破坏位置相比较,得出了温度载荷所造成的应力破坏要比压力载荷所造成的应力破坏大的结论,且温度载荷所造成的应力集中与实际中换热器疲劳失效位置吻合,验证了模拟方法的合理性,且从热应力破坏的角度为...

【文章页数】：66 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 选题的背景、目的及意义
    1.2 基于热流固耦合的热应力研究现状
    1.3 流体诱导振动
        1.3.1 流致振动研究现状
        1.3.2 漩涡脱落研究现状
    1.4 本文主要研究内容
第2章 换热器工作原理及计算、模拟方法
    2.1 换热器基本工作原理
    2.2 换热器流体数值模型的建立
        2.2.1 换热器流体基本控制方程
        2.2.2 换热器热流固耦合控制方程
        2.2.3 换热器流场湍流模型的建立
    2.3 管束固有频率计算及共振判断
        2.3.1 换热管固有频率的计算
        2.3.2 卡漩涡频及共振判断
    2.4 换热器数值模拟方法选择
        2.4.1 有限元法概论
        2.4.2 控制方程的计算方法
        2.4.3 基于ANSYS Workbench的换热器数值模拟
    2.5 本章小结
第3章 固定管板式换热器热流固耦合模拟
    3.1 换热器三维模型结构建立
        3.1.1 换热器几何尺寸
        3.1.2 换热器材料的物理特性
        3.1.3 换热器模型的简化
        3.1.4 换热器主要工艺参数
    3.2 换热器有限元模型的的建立
    3.3 边界条件的设立
    3.4 换热器数值模拟分析结果
        3.4.1 速度场模拟结果分析
        3.4.2 压力场模拟结果分析
        3.4.3 温度场模拟结果分析
        3.4.4 应力场模拟分析
    3.5 本章小结
第4章 流致振动下换热管的应力分析
    4.1 换热管固有频率的理论计算
    4.2 换热管固有频率的有限元计算
        4.2.1 模态分析的理论基础
        4.2.2 换热管模型的建立与求解
    4.3 卡曼漩涡脱落及其应力的计算
        4.3.1 卡曼漩涡脱落
        4.3.2 基于卡曼漩涡脱落频率的管束应力分析
    4.4 本章小结
第5章 基于单管绕流的双向流固耦合数值模拟
    5.1 固定圆管绕流数值模拟
        5.1.1 圆管绕流主要参数介绍
        5.1.2 圆管绕流分析
    5.2 基于双向流固耦合的管束应力研究
        5.2.1 流体分析
        5.2.2 流固耦合应力分析
    5.3 本章小结
结论与展望
参考文献
致谢



本文编号：3739688