流体流动状态对换热器管板热应力场的影响研究论文.doc

PAGE 毕业设计（论文）说明书 学 院 化工学院 专 业 过程装备与控制工程 年 级 2006 姓 名 王 波 指导教师 谭 蔚 2009 毕业设计（论文）任务书 流体流动状态对换热器管板热应力场的影响研究 流体流动状态对换热器管板热应力场的影响研究 一、原始依据（包括设计或论文的工作基础、研究条件、应用环境、工作目的等。） 换热器是化工、炼油等工业中广泛应用的典型工艺设备，用来实现热量的传递，使热量从高温流体传给低温流体。在管壳式换热器中，管板是连接壳体、管束和管箱，并承受压力和热膨胀及上述三部件载荷的主要部件，是管壳式换热器不可缺少的重要组成部分。因此，正确分析管板受力状态，合理确定管板厚度，对保证换热器安全运行、节约材料和降低成本等起着非常重要的作用。 常规的管板计算方法是根据弹性薄壳理论，用等效无孔实心板来代替多孔管板，采用比较简单的公式、曲线、图表进行设计计算，但是这些计算并没有考虑管板温度差引起的应力。目前，比较方便地处理温差应力的方法是利用有限元软件，通过施加温度载荷和对流载荷计算得到管板的温度场，进而得出管板的温差应力。但是这些载荷往往是将实际情况加以简化的结果，这就导致计算与实际情况存在着差异。 本课题组长期从事换热器管板设计研究，一直探索用更为准确的流固耦合分析模型来代替传统的施加温度载荷和对流载荷的分析模型。曾经采用流固耦合分析模型与传统的两种管板分析模型对同一换热器管板进行模拟对比，发现流固耦合模型能够得到较为准确的温度场和热应力场。本论文拟利用流固耦合分析模型，分析研究流场的改变对换热器管板热应力场的影响研究。 二、参考文献 Singh K P, Holtz M. An Approximate Method for Evaluating the Temperature Field in Tubesheet Liaments of Tubular Heat Exchangers Under Steady State Conditions. ASME Journal of Engineering for Power,1982, 104: 985～900 Kasahara N, Iwata K. Simplified 2-dimensional Thermal Analysis Method Considering 3-dimensional Heat Transfer .Computational Mechanis 86,Springer Verlag,1986, 2: 127～137 Pressure Vessel Technology.Dusseldorf,Germang,1992 Weiya Jin, Zengliang Gao, Lihua Liang et al. Comparison of two FEA models for calculating stresses in shell-and-tube heat exchanger. International Journal of Pressure Vessels and Piping. 2004, 81(6): 563–567 C.F.Qian, H.J.Yu, L.Yao. Finite Element Analysis and Experimental Investigation of Tubesheet Structure. Journal of Pressure Vessel Technology. 2009, 131(1), 011206:1 Ohol R D, Rane M T, Noras R A. A Finite Element Procedure for Temperature Distribution in Tubesheets .Proceedings of the 7th International Conference on -4 杨宏悦，蔡纪宁等. 大型固定管板式换热器管板稳态温度场及热应力场分析[J]. 化工设备与管道，2006(2): 11-15 刘海亮，于洪杰等. 采用实体模型的厚管板的有限元分析[J]. 石油化工设备设计，2005, 26(3): 1-5 冷纪桐，吕洪，章姚辉等. 某固定管板式换热器的温度场与热应力分析[J]. 北京化工大学学报，2004, 31(2): 104-107 章姚辉，赵军，徐鸿. 换热器管板的应力分析与安全评定[J]. 化工设备与防腐蚀，2003(1): 26-28 王泽军，杨念慈，荆洪阳. 管板有限元分析模型与对