【摘要】：在工業(yè)過程設備中,換熱器占有舉足輕重的地位。隨著社會的不斷進步以及自然資源的日趨枯竭,人們對節(jié)能環(huán)保提出了更高的要求。同時,為了進一步提高傳熱效率,高效換熱器得到了廣泛的應用,高效換熱管作為高效換熱器的重要組成部件也得到了更大關注。高效換熱管是由光滑圓管軋制而成,其具有周期性變化的波紋或內外翅片結構。由于結構異于光滑圓管,高效換熱管具有較高的傳熱效率。國內外學者對高效換熱管的傳熱性能已經做了很多研究,但是為了保證高效換熱管在使用過程中的安全性,對其力學性能的研究也尤為重要。本文針對縮放管、螺旋槽管、T型翅片管、菱型翅片管以及螺紋管這五種高效換熱管的軸向剛度、承載能力、疲勞性能、金相組織和殘余應力進行完整性研究,主要內容如下:(1)運用有限元模擬和實驗驗證相結合的方法,對五種高效換熱管的軸向剛度進行研究。首先數(shù)值模擬在軸向拉伸載荷作用下五種管型的軸向變形情況,計算出其軸向剛度,并與同規(guī)格的光滑圓管剛度進行對比,定義出剛度等效系數(shù)。其次研究高效換熱管各項結構參數(shù)與剛度等效系數(shù)之間的關系,擬合相應的計算公式。最后通過軸向拉伸實驗,對所擬合公式進行驗證。(2)對軸向拉伸載荷作用下五種高效換熱管的軸向、環(huán)向、徑向應力進行數(shù)值計算,得出管壁中的應力分布規(guī)律,并考察高效換熱管結構參數(shù)變化對各向應力的影響。將五種管型的各向應力與同規(guī)格的光滑圓管在相同載荷下受到的軸向應力進行對比,定義高效換熱管應力增大系數(shù),并以高效換熱管結構參數(shù)為變量擬合應力增大系數(shù)關系式,為高效換熱管的工程應用和強度評定提供參考。(3)對五種高效換熱管及光滑圓管進行疲勞拉伸實驗、金相分析實驗和殘余應力分析實驗,考察高效換熱管軋制前后抗疲勞性能以及金相組織和表面殘余應力的改變情況,為高效換熱管安全評定以及制定高效換熱管的軋制工藝提供參考。
【圖文】：

Ｆｉｇ．２－２邋Ｆｉｎｉｔｅ邋ｅｌｅｍｅｎｔ邋ｍｏｄｅｌ邋ｏｆ邋ｃｏｎｖｅｒｇｉｎｇ－ｄｉｖｅｒｇｉｎｇ邋ｔｕｂｅｓ逡逑為獲得更高的計算精度，模型采用掃略網格劃分方法，并根據縮放管的實際大小逡逑合理定義網格大小，圖２－３為縮放管網格模型示意圖。逡逑－邋ｆｆｆｉ了ｆｒＨ－ｆＴ邋Ｆｆｆｌｆｌ什ＲｔＨｔ�。裕粲嬪澹翦澹保姡卞澹椋颍颍簦簦蝈义希驽澹欤椋藻澹裕蓿兀兀矗椋颍赃姡裕保裕裕裕峰澹裕椋殄澹驽澹驽澹椋欤停裕裕裕裕欤裕殄澹В裕裕澹辏裕裕裕裕裕裕慑澹裕裕裕颍颍睿裕桑裕殄澹殄澹颍�！邋Ｍ＇＇逡逑ｔ．逡逑ｓ￣＾逡逑０？００邐２０＊００邐４０＾＞０邋（ｍｍ）逡逑—Ｈ邐—邋■■■■■■邋邋Ｉ逡逑ＩＱＭ邐Ｓ０ＪＤ０逡逑圖２－３縮放管網格模型逡逑Ｆｉｇ．２－３邋Ｔｈｅ邋ｍｅｓｈ邋ｍｏｄｅｌ邋ｏｆ邋ｃｏｎｖｅｒｇｉｎｇ－ｄｉｖｅｒｇｉｎｇ邋ｔｕｂｅｓ逡逑本文所研宄的軸向剛度的物理意義為在軸向拉伸載荷作用下，產生單位位移所需逡逑要的力。因此，需要施加軸向載荷并計算得到該載荷下縮放管所產生的軸向位移。結逡逑合實際工作情況，在模型的一端施加軸向及環(huán)向固定約束，另一端設為自由端，并在逡逑自由端施加軸向拉伸載荷，約束及施加載荷如圖２－４及２－５所示。逡逑求解后，即可得到縮放管在軸向拉伸載荷作用下的軸向變形云圖。為了排除縮放逡逑管兩端直邊段的影響，在分析過程中可以直接選取管中間部位波節(jié)進行分析。逡逑圖２－６所７Ｆ為直徑２５ｍｍ、壁厚２ｍｍ、單波節(jié)長度１５ｍｍ、肋高１ｍｍ的縮放管在逡逑２０００Ｎ軸向拉伸載荷作用下

７．５００邐２２５ＣＯ逡逑圖２－２縮放管有限元模型逡逑Ｆｉｇ．２－２邋Ｆｉｎｉｔｅ邋ｅｌｅｍｅｎｔ邋ｍｏｄｅｌ邋ｏｆ邋ｃｏｎｖｅｒｇｉｎｇ－ｄｉｖｅｒｇｉｎｇ邋ｔｕｂｅｓ逡逑為獲得更高的計算精度，模型采用掃略網格劃分方法，并根據縮放管的實際大小逡逑合理定義網格大小，圖２－３為縮放管網格模型示意圖。逡逑－邋ｆｆｆｉ了ｆｒＨ－ｆＴ邋Ｆｆｆｌｆｌ什ＲｔＨｔ�。裕粲嬪澹翦澹保姡卞澹椋颍颍簦簦蝈义希驽澹欤椋藻澹裕蓿兀兀矗椋颍�，Ｔ邐．Ｔ１ＴＴＴ７邋Ｔｉｉ邋ｆ邋ｆ邋ｉｌＭＴＴＴＴｌＴｉ邋＇ＴＴ￣邋ｊＴＴＴＴＴＴＩ邋ＴＴＴｒｒｎＴＩＴｉ邋ｉ邋ｒ！！邋Ｍ＇＇逡逑ｔ．逡逑ｓ￣＾逡逑０？００邐２０＊００邐４０＾＞０邋（ｍｍ）逡逑—Ｈ邐—邋■■■■■■邋邋Ｉ逡逑ＩＱＭ邐Ｓ０ＪＤ０逡逑圖２－３縮放管網格模型逡逑Ｆｉｇ．２－３邋Ｔｈｅ邋ｍｅｓｈ邋ｍｏｄｅｌ邋ｏｆ邋ｃｏｎｖｅｒｇｉｎｇ－ｄｉｖｅｒｇｉｎｇ邋ｔｕｂｅｓ逡逑本文所研宄的軸向剛度的物理意義為在軸向拉伸載荷作用下，產生單位位移所需逡逑要的力。因此，需要施加軸向載荷并計算得到該載荷下縮放管所產生的軸向位移。結逡逑合實際工作情況，在模型的一端施加軸向及環(huán)向固定約束，另一端設為自由端，，并在逡逑自由端施加軸向拉伸載荷，約束及施加載荷如圖２－４及２－５所示。逡逑求解后
【學位授予單位】：北京化工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TK172

【參考文獻】

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本文編號：2602307