煤制氢中压蒸汽发生器断裂分析研究

发布时间：2024-04-13 16:04

　　煤制氢中压蒸汽发生器又被称之为热交换器,是冷流体和热流体以对流和导热方式进行热量交换的一种工业设备,其中包含煤制氢中压蒸汽发生器,煤制氢中压蒸汽发生器是石油化工企业的重要装备之一。本文涉及到的蒸汽发生器是一种双侧均存在U型换热管的特别形式的换热器,它的主要部件含有壳体、换热管、管板、折流板,其中管程流体和壳程流体进行换热,换热过程中管板同时遭受来自流体、壳体和管束的载荷、压力和热膨胀,所以管板是换热器中十分重要的零部件。本文用煤制氢中压蒸汽发生器作为分析对象,应用数值计算方式,通过合理简化建立煤制氢中压蒸汽发生器有限元模型之后进行数值计算。利用有限元软件对蒸汽发生器单独施加压力载荷的应力场、单独施加温度载荷的应力场以及同时施加温度载荷和压力载荷时的应力场进行数值模拟。通过对比分析得出最大应力位于管板与管束连接处以及温度载荷所产生的热应力对蒸汽发生器管板及管束应力有很大影响的结论。依据热交换器标准对于流体诱发振动的主要成因进行判断,单独建立不同类型管束的模型并利用有限元软件对这些管束进行模态分析,与热交换器标准中的规定进行比对可以得出蒸汽发生器两侧所有管束均不会因横流速度过大和振幅过大导...

【文章页数】：78 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 换热器概述
    1.2 国内外研究进展
    1.3 数值模拟研究理论概述
        1.3.1 有限元方法的概念及发展应用
        1.3.2 有限元软件的发展及应用
    1.4 项目研究的主要内容及研究意义
        1.4.1 蒸汽发生器的失效
        1.4.2 项目研究主要内容
2 流体力学基础和换热器的换热现象
    2.1 流体力学基础
        2.1.1 流体力学基本方程
        2.1.2 定解条件
        2.1.3 湍流模型
    2.2 换热器的换热现象
        2.2.1 传热学知识理论
        2.2.2 对流换热问题数学描述
        2.2.3 换热管束内流体的层流、湍流流动
        2.2.4 热边界层的能量传递
3 蒸汽发生器应力场热流固耦合数值模拟
    3.1 蒸汽发生器三维模型建立
        3.1.1 蒸汽发生器结构尺寸及工艺条件
        3.1.2 有限元模型的建立
    3.2 蒸汽发生器流场数值模拟
        3.2.1 流场模拟边界条件计算
        3.2.2 流场数值模拟结果
    3.3 应力场数值模拟分析
        3.3.1 蒸汽发生器温度场分布及约束加载
        3.3.2 流-固耦合模拟计算
        3.3.3 热-固耦合模拟计算
        3.3.4 热流固耦合模拟计算
    3.4 小结
4 流体诱发振动计算及判断
    4.1 流体诱发振动理论
    4.2 管束模型建立及验证
    4.3 流体诱发振动的计算
        4.3.1 流体诱发振动主要成因
        4.3.2 流体诱发振动的判据
    4.4 小结
5 蒸汽发生器的寿命评估
    5.1 疲劳寿命概况
        5.1.1 安全性的评定综述
        5.1.2 疲劳寿命的计算方法
    5.2 应变范围法寿命评估
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢



本文编号：3953291