ASME中基于弹性理论的换热器管板简化分析

发布时间：2017-07-17 14:10

  本文关键词：ASME中基于弹性理论的换热器管板简化分析

  更多相关文章： 固定管板式换热器 管板 当量实心板 有效弹性模量 有效泊松比

【摘要】：固定管板式换热器是石油化工行业中常用的单元设备,其中换热器管板起固定换热管并隔绝冷热流体的作用,以实现冷热流体之间的热量交换。换热器管板通常承受着比较复杂的载荷,如机械载荷、压力载荷以及热载荷等,因此换热器管板的设计尤为重要。随着化工行业产量需求越来越大,换热器的尺寸也随之增加,超出标准尺寸限制的大型换热器管板设计并无标准可循,因此需要用到基于有限元分析的分析设计方法。大直径管板上换热管数量巨大,建模和计算相当复杂,因此根据ASME VIII Div-12提供的方法和前人的研究成果,本文提出了两种大直径固定管板式换热器管板简化计算模型。本文提出的第一种模型是将多孔板替换成具有有效弹性模量E*和有效泊松比v*的当量实心板,换热管采用BEAM188单元,其余部件采用SOLID185单元建立三维有限元模型。第二种模型是在当量实心板的基础上,将所有管子替换成若干与换热管支撑刚度相等的同心圆筒,然后圆筒采用BEAM3单元建模,其他部件采用平面单元PLANE 182建立轴对称模型。上述两种简化模型计算所得的应力通过有效管孔削弱系数μ*的修正得到管板的真实应力。将模型一和模型二与三维实体模型管板应力进行对比,验证了本文所提出的两种简化模型的准确性与可行性,同时能够节省计算资源,提高分析设计效率。最后本文还研究了不同圆筒数量对轴对称模型计算结果的影响,结果表明圆筒数量越多越精确。另外,ASME标准中将正方形布管管板有效弹性常数分为各向同性和各向异性,本文针对这两种情况做了计算对比,发现两种情况的计算结果很接近,表明两种选择均可使用。但是相对于各向同性有效弹性常数来说,各项异性有效弹性常数的求解非常复杂,因此推荐使用各项同性的有效弹性常数来进行简化计算。
【关键词】：固定管板式换热器 管板 当量实心板 有效弹性模量 有效泊松比
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ051.5
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-14
• 第一章 绪论14-26
• 1.1 课题研究的目的和意义14-15
• 1.2 当量实心板的研究概述15-23
• 1.3 前人对于管板简化分析的研究23-24
• 1.4 本课题研究内容24-26
• 第二章 ASME中固定管板式换热器的分析方法26-48
• 2.1 固定管板式换热器管板的应力分析方法26-46
• 2.1.1 管板设计假定28-29
• 2.1.2 管板应力计算参数29-32
• 2.1.3 壳体与管束所受载荷32-34
• 2.1.4 当量实心板所受载荷34-40
• 2.1.5 不布管区的处理40-45
• 2.1.6 管板中最大应力计算45-46
• 2.2 本章小结46-48
• 第三章 三角形布管固定管板简化分析48-66
• 3.1 简化模型与实体模型计算结果对比方法48-50
• 3.2 三角形布管管板的计算模型及参数50-51
• 3.3 三角形布管三维实体模型51-53
• 3.3.1 实体模型51-52
• 3.3.2 实体模型计算结果52-53
• 3.4 三角形布管三维当量实心板-梁单元模型53-60
• 3.4.1 当量实心板有效弹性常数的确定54-55
• 3.4.2 实体和梁单元之间连接方式55-57
• 3.4.3 实心板-梁单元模型的建立57-59
• 3.4.4 实心板-梁单元模型与实体模型计算结果的对比59-60
• 3.5 二维轴对称模型60-65
• 3.5.1 轴对称简化原理60-61
• 3.5.2 轴对称模型61-63
• 3.5.3 三种模型计算结果的对比63-65
• 3.6 本章小结65-66
• 第四章 正方形布管固定管板简化分析66-78
• 4.1 正方形布管管板的计算模型及参数66-67
• 4.2 正方形布管三维实体模型67-70
• 4.2.1 实体模型67-69
• 4.2.2 实体模型计算结果69-70
• 4.3 正方形布管三维当量实心板-梁单元模型70-74
• 4.3.1 各向同性当量实心板有效弹性常数的确定70-72
• 4.3.2 三维实心板-梁单元模型72-73
• 4.3.3 三维实心板-梁单元模型与实体模型计算结果的对比73-74
• 4.4 正方形布管二维轴对称模型以及三种模型计算结果的对比74-76
• 4.5 本章小结76-78
• 第五章 正方形布管管板各向异性有效弹性常数计算研究78-84
• 5.1 各向异性有效弹性常数的确定78-81
• 5.2 各向异性与各向同性计算结果的对比81-83
• 5.3 本章小结83-84
• 第六章 结论与展望84-88
• 6.1 结论84-85
• 6.2 展望85-88
• 参考文献88-92
• 致谢92-94
• 研究成果及发表的学术论文94-96
• 作者和导师简介96-97
• 北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书97-98

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前8条

1 李映峰;贺小华;周怒潮;;泊松效应对甲醇合成塔管板应力影响的分析[J];食品与机械;2013年02期

2 曲晓锐;钱才富;;多点约束(MPC)法与换热器整体有限元分析[J];压力容器;2013年02期

3 王珂;刘彤;董其伍;;复杂多孔板有效弹性常数的结构分析方法[J];压力容器;2010年05期

4 谢桂兰,张平,龚曙光,陈艳萍;基于均匀化理论的管板有效弹性常数的研究[J];应用力学学报;2004年03期

5 刘俊明,陈绪;高压厚管板的有限元分析计算[J];压力容器;1997年02期

6 陈罕，，周昆颖，程瑞琳;蒸发器环形管板应力的有限元分析[J];北京化工大学学报(自然科学版);1995年01期

7 钱伟长,戴福隆;厚管板的等效弹性常数[J];力学学报;1981年04期

8 黄克智;薛明德;李世玉;;固定式换热器管板应力的一种建议计算方法[J];机械工程学报;1980年02期

本文编号：553943