热交换器强度及管束动态响应特性研究

摘要

随着石化行业的发展，热交换器的需求量越来越大。其中固定管板式热交换器是使用最多并且应用最广的一种热交换器。基于固定管板热交换器的工程应用经验、检修和维护数据，本论文以某固定管板式热交换器为研究对象，通过对热交换器的几何模型进行简化，建立其可用于ANSYS求解的网格化模型，进行热交换器的应力分布求解，并依据求解结果对其进行了应力校核，得出热交换器在不考虑温度影响下，只有管程设计压力、只有壳程设计压力、管程和壳程设计压力同时作用，以及考虑温度影响下，只有管程设计压力、只有壳程设计压力、管程和壳程设计压力同时作用六种工况下的应力分布和变形情况。然后，通过计算对热交换器进行强度和刚度校核，并利用有限元分析结果对热交换器在六种工况下的疲劳寿命进行预测。最后，对热交换器整体管束的固有特性、振型、谐响应和瞬态流体激振响应进行了有限元分析，并讨论了折流板的不同设计对换热管动力特性的影响。
　　由于热交换器的主要作用是对管程和壳程中的物质进行热量交换，即改变管程和壳程内介质的温度，所以管程和壳程的温度存在差异。由于材料受热会导致其体积改变，但其变形受到限制，所以结构中会产生温差应力，此应力与设备内压引起的机械应力叠加，降低设备的承载能力。根据材料失效准则，当应力较高时会造成设备失效，如壳体的强度失效、接管与管板连接处的强度失效、拉脱和换热管的失稳失效等不同形式的失效。在实际工程中为了提高热交换器的传热效率，通常采用提高流体流动速度、增加流体湍动程度等方式，这些方法往往会引起换热管的振动。因此，有必要对热交换器结构进行局部疲劳分析及管束动力特性分析，为工程中热交换器设计提供参考。

目录

声明

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摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 引亩

1．2 研究背景

1．3 国内外研究现状

1．3．1 振动特性研究方法与步骤

1．3．2 振动特性的数学表达式

1．3．3 热交换器振动特性研究进展

1．4 本论文选题意义

1．5 本论文主要研究工作

第二章 热交换器的强度分析

2．1 有限元法

2．1．1 基本理论

2．1．2 ANSYS软件

2．2 热交换器模型建立

2．2．1 热交换器计算模型

2．2．2 有限元模型建立

2．3 热交换器的强度计算

2．3．1 热交换器机械载荷分析

2．3．2 热交换器热-结构耦合分析

2．4 热交换器强度评定

2．5 本章小结

第三章 热交换器管束稳态振动分析

3．1 热交换器管束振动理论

3．2 模态分析的基本概念

3．3 热交换器管束的模态分析

3．4 谐响应分析基本概念

3．4．2 计算方法

3．5 热交换器管束的谐响应分析

3．6 本章小结

第四章 换热管瞬态响应特性

4．1 单根换热管响应特性

4．2 折流板对响应特性的影响

4．3 激振力对响应特性的影响

4．4 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

作者和导师简介