發(fā)布時間：2017-07-17 14:10

  本文關鍵詞：ASME中基于彈性理論的換熱器管板簡化分析

  更多相關文章： 固定管板式換熱器 管板 當量實心板 有效彈性模量 有效泊松比

【摘要】：固定管板式換熱器是石油化工行業(yè)中常用的單元設備,其中換熱器管板起固定換熱管并隔絕冷熱流體的作用,以實現(xiàn)冷熱流體之間的熱量交換。換熱器管板通常承受著比較復雜的載荷,如機械載荷、壓力載荷以及熱載荷等,因此換熱器管板的設計尤為重要。隨著化工行業(yè)產量需求越來越大,換熱器的尺寸也隨之增加,超出標準尺寸限制的大型換熱器管板設計并無標準可循,因此需要用到基于有限元分析的分析設計方法。大直徑管板上換熱管數(shù)量巨大,建模和計算相當復雜,因此根據(jù)ASME VIII Div-12提供的方法和前人的研究成果,本文提出了兩種大直徑固定管板式換熱器管板簡化計算模型。本文提出的第一種模型是將多孔板替換成具有有效彈性模量E*和有效泊松比v*的當量實心板,換熱管采用BEAM188單元,其余部件采用SOLID185單元建立三維有限元模型。第二種模型是在當量實心板的基礎上,將所有管子替換成若干與換熱管支撐剛度相等的同心圓筒,然后圓筒采用BEAM3單元建模,其他部件采用平面單元PLANE 182建立軸對稱模型。上述兩種簡化模型計算所得的應力通過有效管孔削弱系數(shù)μ*的修正得到管板的真實應力。將模型一和模型二與三維實體模型管板應力進行對比,驗證了本文所提出的兩種簡化模型的準確性與可行性,同時能夠節(jié)省計算資源,提高分析設計效率。最后本文還研究了不同圓筒數(shù)量對軸對稱模型計算結果的影響,結果表明圓筒數(shù)量越多越精確。另外,ASME標準中將正方形布管管板有效彈性常數(shù)分為各向同性和各向異性,本文針對這兩種情況做了計算對比,發(fā)現(xiàn)兩種情況的計算結果很接近,表明兩種選擇均可使用。但是相對于各向同性有效彈性常數(shù)來說,各項異性有效彈性常數(shù)的求解非常復雜,因此推薦使用各項同性的有效彈性常數(shù)來進行簡化計算。
【關鍵詞】：固定管板式換熱器 管板 當量實心板 有效彈性模量 有效泊松比
【學位授予單位】：北京化工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ051.5
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-14
• 第一章 緒論14-26
• 1.1 課題研究的目的和意義14-15
• 1.2 當量實心板的研究概述15-23
• 1.3 前人對于管板簡化分析的研究23-24
• 1.4 本課題研究內容24-26
• 第二章 ASME中固定管板式換熱器的分析方法26-48
• 2.1 固定管板式換熱器管板的應力分析方法26-46
• 2.1.1 管板設計假定28-29
• 2.1.2 管板應力計算參數(shù)29-32
• 2.1.3 殼體與管束所受載荷32-34
• 2.1.4 當量實心板所受載荷34-40
• 2.1.5 不布管區(qū)的處理40-45
• 2.1.6 管板中最大應力計算45-46
• 2.2 本章小結46-48
• 第三章 三角形布管固定管板簡化分析48-66
• 3.1 簡化模型與實體模型計算結果對比方法48-50
• 3.2 三角形布管管板的計算模型及參數(shù)50-51
• 3.3 三角形布管三維實體模型51-53
• 3.3.1 實體模型51-52
• 3.3.2 實體模型計算結果52-53
• 3.4 三角形布管三維當量實心板-梁單元模型53-60
• 3.4.1 當量實心板有效彈性常數(shù)的確定54-55
• 3.4.2 實體和梁單元之間連接方式55-57
• 3.4.3 實心板-梁單元模型的建立57-59
• 3.4.4 實心板-梁單元模型與實體模型計算結果的對比59-60
• 3.5 二維軸對稱模型60-65
• 3.5.1 軸對稱簡化原理60-61
• 3.5.2 軸對稱模型61-63
• 3.5.3 三種模型計算結果的對比63-65
• 3.6 本章小結65-66
• 第四章 正方形布管固定管板簡化分析66-78
• 4.1 正方形布管管板的計算模型及參數(shù)66-67
• 4.2 正方形布管三維實體模型67-70
• 4.2.1 實體模型67-69
• 4.2.2 實體模型計算結果69-70
• 4.3 正方形布管三維當量實心板-梁單元模型70-74
• 4.3.1 各向同性當量實心板有效彈性常數(shù)的確定70-72
• 4.3.2 三維實心板-梁單元模型72-73
• 4.3.3 三維實心板-梁單元模型與實體模型計算結果的對比73-74
• 4.4 正方形布管二維軸對稱模型以及三種模型計算結果的對比74-76
• 4.5 本章小結76-78
• 第五章 正方形布管管板各向異性有效彈性常數(shù)計算研究78-84
• 5.1 各向異性有效彈性常數(shù)的確定78-81
• 5.2 各向異性與各向同性計算結果的對比81-83
• 5.3 本章小結83-84
• 第六章 結論與展望84-88
• 6.1 結論84-85
• 6.2 展望85-88
• 參考文獻88-92
• 致謝92-94
• 研究成果及發(fā)表的學術論文94-96
• 作者和導師簡介96-97
• 北京化工大學碩士研究生學位論文答辯委員會決議書97-98

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前8條

1 李映峰;賀小華;周怒潮;;泊松效應對甲醇合成塔管板應力影響的分析[J];食品與機械;2013年02期

2 曲曉銳;錢才富;;多點約束(MPC)法與換熱器整體有限元分析[J];壓力容器;2013年02期

3 王珂;劉彤;董其伍;;復雜多孔板有效彈性常數(shù)的結構分析方法[J];壓力容器;2010年05期

4 謝桂蘭,張平,龔曙光,陳艷萍;基于均勻化理論的管板有效彈性常數(shù)的研究[J];應用力學學報;2004年03期

5 劉俊明,陳緒;高壓厚管板的有限元分析計算[J];壓力容器;1997年02期

6 陳罕，，周昆穎，程瑞琳;蒸發(fā)器環(huán)形管板應力的有限元分析[J];北京化工大學學報(自然科學版);1995年01期

7 錢偉長,戴福隆;厚管板的等效彈性常數(shù)[J];力學學報;1981年04期

8 黃克智;薛明德;李世玉;;固定式換熱器管板應力的一種建議計算方法[J];機械工程學報;1980年02期

本文編號：553943