【摘要】：在工業(yè)過程設(shè)備中,換熱器占有舉足輕重的地位。隨著社會的不斷進(jìn)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(jìn)一步提高傳熱效率,高效換熱器得到了廣泛的應(yīng)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(guān)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(nèi)外翅片結(jié)構(gòu)。由于結(jié)構(gòu)異于光滑圓管,高效換熱管具有較高的傳熱效率。國內(nèi)外學(xué)者對高效換熱管的傳熱性能已經(jīng)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(xué)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(yīng)力進(jìn)行完整性研究,主要內(nèi)容如下:(1)運(yùn)用有限元模擬和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的方法,對五種高效換熱管的軸向剛度進(jìn)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(jìn)行對比,定義出剛度等效系數(shù)。其次研究高效換熱管各項(xiàng)結(jié)構(gòu)參數(shù)與剛度等效系數(shù)之間的關(guān)系,擬合相應(yīng)的計算公式。最后通過軸向拉伸實(shí)驗(yàn),對所擬合公式進(jìn)行驗(yàn)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(yīng)力進(jìn)行數(shù)值計算,得出管壁中的應(yīng)力分布規(guī)律,并考察高效換熱管結(jié)構(gòu)參數(shù)變化對各向應(yīng)力的影響。將五種管型的各向應(yīng)力與同規(guī)格的光滑圓管在相同載荷下受到的軸向應(yīng)力進(jìn)行對比,定義高效換熱管應(yīng)力增大系數(shù),并以高效換熱管結(jié)構(gòu)參數(shù)為變量擬合應(yīng)力增大系數(shù)關(guān)系式,為高效換熱管的工程應(yīng)用和強(qiáng)度評定提供參考。(3)對五種高效換熱管及光滑圓管進(jìn)行疲勞拉伸實(shí)驗(yàn)、金相分析實(shí)驗(yàn)和殘余應(yīng)力分析實(shí)驗(yàn),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(yīng)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(wǎng)格劃分方法，并根據(jù)縮放管的實(shí)際大小逡逑合理定義網(wǎng)格大小，圖２－３為縮放管網(wǎng)格模型示意圖。逡逑－邋ｆｆｆｉ了ｆｒＨ－ｆＴ邋Ｆｆｆｌｆｌ什ＲｔＨｔ丁Ｔｔ計邋ｔ邋１￣邐１邋ｉｒｒｔｔｒ逡逑ｆ邋ｌｉＴ邋．Ｔ＾Ｘ｜Ｘ｜４ｉｒ｜，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(wǎng)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(chǎn)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(chǎn)生的軸向位移。結(jié)逡逑合實(shí)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(shè)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(jìn)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(wǎng)格劃分方法，并根據(jù)縮放管的實(shí)際大小逡逑合理定義網(wǎng)格大小，圖２－３為縮放管網(wǎng)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。″澹停Ву义希簦义希螅掊义希�？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(wǎng)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(chǎn)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(chǎn)生的軸向位移。結(jié)逡逑合實(shí)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(shè)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(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TK172

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2602307