通舱管件冷却水套热固耦合分析

摘要

通舱管件是用于管子穿过船体的甲板、平台、隔舱壁等处的连接件,以保证船体水密和气密要求。通舱管件与舱壁一般是通过焊接方法连接的,管路的振动会直接通过通舱管件传递到舱壁上,诱发舱壁的振动。在弹性通舱管件的过流件和安装件之间安装减震橡胶能有效降低管路系统振动通过通舱管件向舱壁和船体的传递。
　　本文采用热固耦合方法对减振降噪型高温高压冷却水套式通舱管件进行数值模拟,获得冷却水套内的流场与温度场,同时对原冷却水套结构进行优化设计,并研究改进型冷却水套的冷却特性,分析其结构热应力、变形和疲劳特性。主要包括以下内容:
　　1、采用数值方法对冷却水套内流场和温度场进行分析。
　　2、研究冷却水套固体部分温度场。
　　3、对冷却水套结构进行优化设计。
　　4、分析冷却水套结构热应力和热变形,研究冷却水套疲劳特性。
　　研究表明,冷却水套流道宽度对水套盖板及水套复板的温度分布影响较小,冷却水入口管径对冷却水套的温度分布影响较大;在参考工程实际应用的基础上,通过数值模拟优化,获得了冷却水套的最佳流道宽度和冷却水入口管径,最佳结构冷却水套具有30mm的流道宽度及直径20mm的入口管径。冷却水套的结构分析表明,该冷却水套与冷却水直接接触部分的最大热应力小于材料的许用应力,冷却水套未直接与冷却水接触的部分热应力较大,超过材料的许用应力;材料的杨氏模量对结构的热应力影响较大,在高温条件下分析结构的热应力过程中不可忽略材料的杨氏模量变化;冷却水套稳定工作条件下最大变形量为0.08mm,远小于冷却水套的几何尺寸,结构的变形对流场的影响很小,可以采用单向耦合方法对冷却水套结构场进行分析。

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第1章 绪 论

1.1研究背景及意义

1.2 国外研究现状

1.3 国内研究现状

1.4 本文主要研究内容和方法

第2章 热固耦合分析方法及理论基础

2.1 热固耦合分析概述

2.2 流场分析原理

2.3 温度场分析原理

2.4 结构场计算方法

2.5 本章小结

第3章 算例验证研究

3.1 计算背景

3.2 计算模型及网格划分

3.3 计算方法及边界条件

3.4 计算结果分析

3.5 本章小结

第4章 冷却水套流场数值模拟及优化

4.1 通舱管件冷却水套模型

4.2 网格划分及网格敏感性分析

4.3 计算方法及边界条件

4.4 稳态计算结果分析

4.5 冷却水套结构优化

4.6 瞬态计算结果分析

4.7 本章小结

第5章 冷却水套应力与疲劳分析

5.1 冷却水套结构分析方法

5.2 冷却水套结构分析网格划分

5.3冷却水套结构分析

5.4 高温下材料特性对冷却水套应力的影响

5.5 冷却水套疲劳分析

5.6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢