本文關(guān)鍵詞：全焊接板式換熱器的輕量化及承壓能力研究

  更多相關(guān)文章： 全焊接板式換熱器 有限元 強(qiáng)度 應(yīng)力分類 極限分析 波紋板片

【摘要】：近幾十年板式換熱器的應(yīng)用越來(lái)越廣,這得益于其緊湊的結(jié)構(gòu)和較高的換熱效率。全焊接板式換熱器比傳統(tǒng)的可拆式板式換熱器可適應(yīng)更高的溫度和壓力,從而進(jìn)一步拓寬了其應(yīng)用的范圍和領(lǐng)域,發(fā)展前景更加廣闊。對(duì)于板式換熱器的研究多集中于流道內(nèi)部的傳熱和流動(dòng),關(guān)于設(shè)備強(qiáng)度的研究甚少,同時(shí)由于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的不完善,全焊接板式換熱器的強(qiáng)度設(shè)計(jì)存在諸多問(wèn)題,本文以某全焊接板式換熱器為研究對(duì)象,就其整體強(qiáng)度的設(shè)計(jì)、換熱板片相關(guān)性能,進(jìn)行了以下研究：1、選用有限元分析方法,運(yùn)用ANSYS建立全焊接板式換熱器有限元實(shí)體模型,施加壓力載荷,進(jìn)行了常溫下的應(yīng)力分析計(jì)算,并按照J(rèn)B/T4732標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了強(qiáng)度校核。結(jié)果發(fā)現(xiàn)該初始設(shè)計(jì)的板式換熱器,左側(cè)接管與左弧形板連接處強(qiáng)度不能滿足要求,但其他部件強(qiáng)度裕量較大。2、由于該全焊接板式換熱器結(jié)構(gòu)復(fù)雜,承壓和承力件多,連接面多,若采用應(yīng)力分類方法進(jìn)行強(qiáng)度設(shè)計(jì),往往出現(xiàn)應(yīng)力分類難度大,危險(xiǎn)界面不好確定等問(wèn)題,難以取得可信的結(jié)果。針對(duì)此問(wèn)題,選用分析設(shè)計(jì)中的極限分析方法,建立適合于極限分析的全焊接板式換熱器有限元模型,對(duì)殼程和板程分別加載,計(jì)算得到殼程的許用極限載荷值為2.6MPa,板程許用極限載荷值為3.524MPa,均大于設(shè)計(jì)壓力,說(shuō)明該全焊接板式換熱器整體強(qiáng)度滿足工作需要,有一定的安全裕度。3、為進(jìn)一步提升設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性和性能的優(yōu)越性,進(jìn)行了輕量化設(shè)計(jì)和承壓能力提高研究。當(dāng)壓緊板厚度調(diào)整為30mm,左右弧形板厚度調(diào)整為12mm,上下弧形板減薄為8mm時(shí),仍可以滿足設(shè)計(jì)壓力要求,減薄量較大。而為了提高承壓能力,同時(shí)考慮密封的要求,選用了四種途徑進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn),分別是單純加厚、接管補(bǔ)強(qiáng)、增高加強(qiáng)筋和加粗拉桿。在本論文的計(jì)算中,當(dāng)壓緊板厚度仍為60mm、弧形板厚度為20mm、全部接管加厚至14mm,加強(qiáng)筋高度在原圖紙基礎(chǔ)上增高60mm且拉桿直徑為34mm時(shí),殼程和板程許用極限載荷值分別可達(dá)到6.22MPa和4.907MPa。4、對(duì)板片擠壓、熱應(yīng)力和變形等問(wèn)題進(jìn)行了初步研究。板片在1.8MPa壓力的擠壓下位移量很小,不會(huì)被壓扁變形擠壓流道,板片之間的相互支撐及波紋板本身的剛度確保了板束一定的承壓能力。在相同的溫度載荷下,對(duì)比位移結(jié)果,發(fā)現(xiàn)平板的熱變形補(bǔ)償能力不如波紋板;熱應(yīng)力方面,波紋板在應(yīng)力不連續(xù)處應(yīng)力應(yīng)力水平較高,但其余部位平均應(yīng)力水平低于平板；邊界反力方面,平板邊界反力約為波紋板的6.5倍,相差很大。當(dāng)平板材料的楊氏模量為1.556×1010Pa的等效楊氏模量時(shí),受相同拉力作用時(shí)平板產(chǎn)生的變形與波紋板產(chǎn)生的變形量一致。
【關(guān)鍵詞】：全焊接板式換熱器 有限元 強(qiáng)度 應(yīng)力分類 極限分析 波紋板片
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TK172
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-16
• 第一章 緒論16-22
• 1.1 課題來(lái)源及研究的目的和意義16
• 1.2 板式換熱器概述16-17
• 1.3 板式換熱器的研究進(jìn)展17-20
• 1.3.1 實(shí)驗(yàn)研究17-19
• 1.3.2 數(shù)值模擬研究19-20
• 1.4 板式換熱器的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)20-21
• 1.5 本文的研究?jī)?nèi)容21-22
• 第二章 全焊接板式換熱器的應(yīng)力強(qiáng)度分析與校核22-44
• 2.1 分析方法及數(shù)值模擬軟件的選用22-23
• 2.1.1 有限元方法簡(jiǎn)介22-23
• 2.1.2 數(shù)值模擬軟件簡(jiǎn)介23
• 2.2 全焊接板式換熱器介紹23-25
• 2.2.1 主要結(jié)構(gòu)23-24
• 2.2.2 設(shè)計(jì)參數(shù)24-25
• 2.3 創(chuàng)建有限元模型25-30
• 2.3.1 幾何模型25
• 2.3.2 材料屬性25-26
• 2.3.3 網(wǎng)格劃分26-30
• 2.3.3.1 單元介紹27-28
• 2.3.3.2 模型的網(wǎng)格劃分28-30
• 2.4 載荷及約束的施加30-33
• 2.4.1 載荷30-32
• 2.4.2 約束32-33
• 2.5 計(jì)算結(jié)果與強(qiáng)度校核33-42
• 2.5.1 計(jì)算結(jié)果33-35
• 2.5.2 強(qiáng)度校核依據(jù)35-36
• 2.5.3 強(qiáng)度校核結(jié)果36-42
• 2.6 本章小結(jié)42-44
• 第三章 全焊接板式換熱器的極限分析設(shè)計(jì)44-62
• 3.1 極限分析方法44-46
• 3.1.1 極限分析背景介紹44-45
• 3.1.2 極限分析理論45
• 3.1.3 極限載荷的確定方法45-46
• 3.2 創(chuàng)建有限元模型46-49
• 3.2.1 幾何模型和材料屬性46-47
• 3.2.2 網(wǎng)格劃分47-49
• 3.2.2.1 單元的選用47
• 3.2.2.2 模型網(wǎng)格劃分47-49
• 3.3 載荷及約束的施加49-51
• 3.4 計(jì)算結(jié)果及討論51-61
• 3.4.1 殼程單獨(dú)加載結(jié)果51-57
• 3.4.2 板程單獨(dú)加載結(jié)果57-61
• 3.5 本章小結(jié)61-62
• 第四章 全焊接板式換熱器的輕量化和承壓能力研究62-72
• 4.1 輕量化設(shè)計(jì)62-66
• 4.1.1 結(jié)構(gòu)參數(shù)的改變62-63
• 4.1.2 結(jié)果及討論63-66
• 4.2 承壓能力提高之單純加厚66-67
• 4.2.1 A組方案及結(jié)果66-67
• 4.2.2 B組方案及結(jié)果67
• 4.3 承壓能力提高研究之接管補(bǔ)強(qiáng)67-68
• 4.3.1 C組方案及結(jié)果68
• 4.4 承壓能力提高研究之增高加強(qiáng)筋68-69
• 4.4.1 D組方案及結(jié)果69
• 4.5 承壓能力提高研究之加粗拉桿69-70
• 4.5.1 E組方案及結(jié)果70
• 4.6 本章小結(jié)70-72
• 第五章 全焊接板式換熱器換熱板片強(qiáng)度與剛度初步研究72-82
• 5.1 板片擠壓模擬72-75
• 5.1.1 模型建立72-74
• 5.1.2 載荷和邊界條件的施加74
• 5.1.3 結(jié)果分析74-75
• 5.2 板片熱應(yīng)力對(duì)比模擬75-78
• 5.2.1 模型、載荷及邊界條件75-76
• 5.2.2 結(jié)果對(duì)比76-78
• 5.3 縱向剛度分析78-81
• 5.3.1 基本公式79
• 5.3.2 模擬及計(jì)算79-81
• 5.4 本章小結(jié)81-82
• 第六章 結(jié)論與展望82-84
• 6.1 主要結(jié)論82-83
• 6.2 對(duì)后續(xù)研究的展望83-84
• 附錄84-118
• 參考文獻(xiàn)118-122
• 致謝122-124
• 研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文124-125
• 作者和導(dǎo)師簡(jiǎn)介125-126
• 附件126-127

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：600845