【摘要】：固定管板式換熱器由于具有結(jié)構(gòu)簡單、承壓能力強(qiáng)、可靠性高、運(yùn)行維護(hù)方便等顯著特點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于各相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域。然而,工程實(shí)踐中在某些特定的工藝條件如管程和殼程流體具有較大的溫差時(shí),固定管板式換熱器由于存在較大的溫差應(yīng)力而導(dǎo)致?lián)Q熱管出現(xiàn)拉脫現(xiàn)象,從而影響換熱器的安全可靠運(yùn)行。本文以某企業(yè)在工程實(shí)踐運(yùn)行中的一臺(tái)固定管板式換熱器為例,針對(duì)其發(fā)生的管子拉脫失效事故,開展固定管板式換熱器熱應(yīng)力數(shù)值模擬分析,并以數(shù)值分析結(jié)果為基礎(chǔ)對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化,為該換熱器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)及改進(jìn)提供技術(shù)指導(dǎo)。基于ANSYS熱流固耦合分析理論,以某企業(yè)在工程實(shí)際運(yùn)用中的固定管板式換熱器為實(shí)例,建立固定管板式換熱器的整體的有限元分析模型,進(jìn)行了換熱器的熱流固耦合分析。論文采用了CFD方法,對(duì)換熱器進(jìn)行了流場和溫度場的仿真分析,將計(jì)算得到的固定管板式換熱器的固體溫度數(shù)據(jù)作為溫度載荷,加載到ANSYS結(jié)構(gòu)分析中進(jìn)行換熱器整體結(jié)構(gòu)熱應(yīng)力分析。應(yīng)用換熱器的強(qiáng)度評(píng)定方法對(duì)整個(gè)換熱器應(yīng)力分布以及應(yīng)力集中情況進(jìn)行了分析評(píng)定,結(jié)果表明:該固定管板式換熱器在給定的溫度載荷下所產(chǎn)生的最大熱應(yīng)力遠(yuǎn)超過換熱器材料的許用應(yīng)力,是導(dǎo)致?lián)Q熱管發(fā)生拉脫失效的主要原因,無法滿足換熱器的安全運(yùn)行需要。針對(duì)換熱器存在的管子和管板熱應(yīng)力過高的問題,對(duì)原換熱器提出了兩種優(yōu)化改進(jìn)方案,即管子和殼體采用同種材料,以避免由材料線膨脹系數(shù)差而導(dǎo)致產(chǎn)生過大的熱應(yīng)力;通過設(shè)置波紋管膨脹節(jié),以降低殼體的軸向剛度來減小熱應(yīng)力。最后對(duì)優(yōu)化結(jié)構(gòu)進(jìn)行的熱應(yīng)力分析表明,優(yōu)化結(jié)果可滿足換熱管和管板的熱應(yīng)力強(qiáng)度要求。
【學(xué)位授予單位】：南昌大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TK172
【圖文】：

第一章 緒論2圖 1.1 換熱器分類圖1.1.2 管殼式換熱器管殼式換熱器以其結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、可靠性高、適用范圍廣、易于制造、處理能力大、生產(chǎn)成本低、選材范圍廣、換熱表面清洗方便、能承受較高的操作壓力和溫度的優(yōu)點(diǎn)得到了最廣泛的應(yīng)用[1]。在目前熱力系統(tǒng)中特別是在高溫、高壓和大型換熱器中應(yīng)用最常用的結(jié)構(gòu)形式是管殼式換熱器。在換熱器高速發(fā)展的今天，盡管受到許多新型換熱器的挑戰(zhàn)，但同時(shí)也促進(jìn)了自身的發(fā)展，占據(jù)主導(dǎo)地位的仍舊是管殼式換熱器。管殼式換熱器作為熱交換器設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)如圖 1.2 所示，管殼式換熱器一般由管束、封頭、殼體、接管、管板和折流板組成，管束是由許多平行放置在殼體內(nèi)部的管子組成，管束的兩端固定在管板上，它軸線與殼體的軸線相平行。折流板則在殼體內(nèi)部，對(duì)管束起支撐的作用，使冷熱流體分別管內(nèi)空間（管程）和管外空間（殼程）流過，在管束的管壁進(jìn)行熱量的交換。管殼式換熱器同樣具有多種結(jié)構(gòu)形式。根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可分為固定管板式、浮頭式、填料函式、U 形管式、釜式五類。其中，固定管板式換熱器以其結(jié)構(gòu)緊湊，承壓能力高，生產(chǎn)成本低下，管子清洗方便，損壞后易于更換的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)而得以廣泛應(yīng)用。但其缺點(diǎn)是，當(dāng)管束與殼體的壁溫或材料的線膨脹系數(shù)相差較大

第一章 緒論器產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致?lián)Q熱管從管板中拉影響換熱器的正常運(yùn)行。因此，固定管板式換熱器的用于管、殼程兩側(cè)溫差不大或溫差較大但殼側(cè)壓力不垢得相關(guān)場合[1]。當(dāng)固定管板式換熱器進(jìn)行換熱的時(shí)，則需要對(duì)換熱器進(jìn)行熱應(yīng)力分析與計(jì)算，來確保不致過高而導(dǎo)致?lián)Q熱器的失效破壞。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 張仂;谷芳;;基于計(jì)算流體力學(xué)熱流固耦合仿真的換熱器折流板結(jié)構(gòu)優(yōu)化[J];石油化工;2012年06期

2 劉磊;宋天民;管建軍;;基于FLUENT的管殼換熱器殼程流場數(shù)值模擬與分析[J];輕工機(jī)械;2012年01期

3 谷芳;崔國起;黃勁松;秦競?cè)?張曼;;基于熱流固耦合的換熱器溫差應(yīng)力分析[J];化工裝備技術(shù);2011年06期

4 郭崇志;肖樂;;換熱器流固傳熱邊界數(shù)值模擬溫度場的順序耦合方法[J];化工進(jìn)展;2010年09期

5 賈慧靈;杜鵬飛;何江峰;;固定管板式換熱器應(yīng)力的有限元分析[J];煤礦機(jī)械;2009年12期

6 任志安;郝點(diǎn);謝紅杰;;幾種湍流模型及其在FLUENT中的應(yīng)用[J];化工裝備技術(shù);2009年02期

7 劉敏珊;董其伍;劉乾;;折流板換熱器殼程流場數(shù)值模擬與結(jié)構(gòu)優(yōu)化[J];化工設(shè)備與管道;2006年02期

8 胡錫文,林興華;管殼式換熱器管板的有限元分析[J];壓力容器;2004年10期

9 冷紀(jì)桐,呂洪,章姚輝,趙軍;某固定管板式換熱器的溫度場與熱應(yīng)力分析[J];北京化工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2004年02期

10 鄧斌,陶文銓;管殼式換熱器殼側(cè)湍流流動(dòng)的數(shù)值模擬及實(shí)驗(yàn)研究[J];西安交通大學(xué)學(xué)報(bào);2003年09期

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1 劉天豐;非對(duì)稱管殼式換熱器結(jié)構(gòu)分析及改進(jìn)中的問題研究[D];浙江大學(xué);2005年

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1 李迎凱;基于熱流固耦合的微型換熱器設(shè)計(jì)方法研究[D];南昌大學(xué);2015年

2 林橋;預(yù)應(yīng)力換熱器傳熱與應(yīng)力特性的數(shù)值模擬研究[D];華南理工大學(xué);2012年

3 高宏宇;曲面弓形折流板換熱器的研究[D];北京化工大學(xué);2010年

4 王為良;管殼式換熱器殼側(cè)流場數(shù)值模擬[D];中國石油大學(xué);2010年

本文編號(hào)：2742976