本文關鍵詞：全焊接板式換熱器的輕量化及承壓能力研究

  更多相關文章： 全焊接板式換熱器 有限元 強度 應力分類 極限分析 波紋板片

【摘要】：近幾十年板式換熱器的應用越來越廣,這得益于其緊湊的結構和較高的換熱效率。全焊接板式換熱器比傳統(tǒng)的可拆式板式換熱器可適應更高的溫度和壓力,從而進一步拓寬了其應用的范圍和領域,發(fā)展前景更加廣闊。對于板式換熱器的研究多集中于流道內(nèi)部的傳熱和流動,關于設備強度的研究甚少,同時由于相關標準的不完善,全焊接板式換熱器的強度設計存在諸多問題,本文以某全焊接板式換熱器為研究對象,就其整體強度的設計、換熱板片相關性能,進行了以下研究：1、選用有限元分析方法,運用ANSYS建立全焊接板式換熱器有限元實體模型,施加壓力載荷,進行了常溫下的應力分析計算,并按照JB/T4732標準進行了強度校核。結果發(fā)現(xiàn)該初始設計的板式換熱器,左側接管與左弧形板連接處強度不能滿足要求,但其他部件強度裕量較大。2、由于該全焊接板式換熱器結構復雜,承壓和承力件多,連接面多,若采用應力分類方法進行強度設計,往往出現(xiàn)應力分類難度大,危險界面不好確定等問題,難以取得可信的結果。針對此問題,選用分析設計中的極限分析方法,建立適合于極限分析的全焊接板式換熱器有限元模型,對殼程和板程分別加載,計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,均大于設計壓力,說明該全焊接板式換熱器整體強度滿足工作需要,有一定的安全裕度。3、為進一步提升設備的經(jīng)濟性和性能的優(yōu)越性,進行了輕量化設計和承壓能力提高研究。當壓緊板厚度調整為30mm,左右弧形板厚度調整為12mm,上下弧形板減薄為8mm時,仍可以滿足設計壓力要求,減薄量較大。而為了提高承壓能力,同時考慮密封的要求,選用了四種途徑進行結構改進,分別是單純加厚、接管補強、增高加強筋和加粗拉桿。在本論文的計算中,當壓緊板厚度仍為60mm、弧形板厚度為20mm、全部接管加厚至14mm,加強筋高度在原圖紙基礎上增高60mm且拉桿直徑為34mm時,殼程和板程許用極限載荷值分別可達到6.22MPa和4.907MPa。4、對板片擠壓、熱應力和變形等問題進行了初步研究。板片在1.8MPa壓力的擠壓下位移量很小,不會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,對比位移結果,發(fā)現(xiàn)平板的熱變形補償能力不如波紋板;熱應力方面,波紋板在應力不連續(xù)處應力應力水平較高,但其余部位平均應力水平低于平板；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。當平板材料的楊氏模量為1.556×1010Pa的等效楊氏模量時,受相同拉力作用時平板產(chǎn)生的變形與波紋板產(chǎn)生的變形量一致。
【關鍵詞】：全焊接板式換熱器 有限元 強度 應力分類 極限分析 波紋板片
【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】：TK172
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-16
• 第一章 緒論16-22
• 1.1 課題來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展17-20
• 1.3.1 實驗研究17-19
• 1.3.2 數(shù)值模擬研究19-20
• 1.4 板式換熱器的相關標準20-21
• 1.5 本文的研究內(nèi)容21-22
• 第二章 全焊接板式換熱器的應力強度分析與校核22-44
• 2.1 分析方法及數(shù)值模擬軟件的選用22-23
• 2.1.1 有限元方法簡介22-23
• 2.1.2 數(shù)值模擬軟件簡介23
• 2.2 全焊接板式換熱器介紹23-25
• 2.2.1 主要結構23-24
• 2.2.2 設計參數(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 計算結果與強度校核33-42
• 2.5.1 計算結果33-35
• 2.5.2 強度校核依據(jù)35-36
• 2.5.3 強度校核結果36-42
• 2.6 本章小結42-44
• 第三章 全焊接板式換熱器的極限分析設計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 計算結果及討論51-61
• 3.4.1 殼程單獨加載結果51-57
• 3.4.2 板程單獨加載結果57-61
• 3.5 本章小結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 輕量化設計62-66
• 4.1.1 結構參數(shù)的改變62-63
• 4.1.2 結果及討論63-66
• 4.2 承壓能力提高之單純加厚66-67
• 4.2.1 A組方案及結果66-67
• 4.2.2 B組方案及結果67
• 4.3 承壓能力提高研究之接管補強67-68
• 4.3.1 C組方案及結果68
• 4.4 承壓能力提高研究之增高加強筋68-69
• 4.4.1 D組方案及結果69
• 4.5 承壓能力提高研究之加粗拉桿69-70
• 4.5.1 E組方案及結果70
• 4.6 本章小結70-72
• 第五章 全焊接板式換熱器換熱板片強度與剛度初步研究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 結果分析74-75
• 5.2 板片熱應力對比模擬75-78
• 5.2.1 模型、載荷及邊界條件75-76
• 5.2.2 結果對比76-78
• 5.3 縱向剛度分析78-81
• 5.3.1 基本公式79
• 5.3.2 模擬及計算79-81
• 5.4 本章小結81-82
• 第六章 結論與展望82-84
• 6.1 主要結論82-83
• 6.2 對后續(xù)研究的展望83-84
• 附錄84-118
• 參考文獻118-122
• 致謝122-124
• 研究成果及發(fā)表的學術論文124-125
• 作者和導師簡介125-126
• 附件126-127

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 聶澤森;畢勤成;高彬;;新型板式換熱器的傳熱與流動特性[J];工程熱物理學報;2014年10期

2 欒輝寶;陳斌;鄭偉業(yè);夏曉宇;陶文銓;;可拆全焊接板式換熱器的傳熱特性[J];化學工程;2014年07期

3 熊志勛;余曉明;倪锃棟;胡修民;邱金友;;混裝板式換熱器的流動阻力試驗測試與分析[J];能源工程;2014年01期

4 王東杰;姜周曙;丁強;;板式換熱器性能實驗臺的研制與性能分析[J];實驗室研究與探索;2013年11期

5 欒輝寶;陶文銓;朱國慶;陳斌;王崧;;全焊接板式換熱器發(fā)展綜述[J];中國科學:技術科學;2013年09期

6 李安軍;宮兵;王寶林;李建;劉雅雯;陳曉慶;;ANSYS軟件對板式換熱器結構強度的分析[J];當代化工;2013年06期

7 李進霞;張偉杰;張素香;;有限元法及應用狀況[J];科技創(chuàng)新導報;2012年31期

8 王建甫;王學生;劉延斌;張崇;;板式換熱器壓緊板厚度模擬優(yōu)化設計[J];石油和化工設備;2012年10期

9 陳文超;張鎖龍;梁欣;;X型板式換熱器的數(shù)值模擬結構熱應力分析[J];化工機械;2011年05期

10 藍少健;朱冬生;鐘家淞;趙強;;波紋板式換熱器的數(shù)值模擬[J];化學工程;2010年08期

，

本文編號：600845