带膨胀节的固定管板式换热器管板简化分析开题报告

 2021-08-08 03:09:10

1. 研究目的与意义

管板是列管式换热器中的重要部件,因厚板与换热管的胀接质量难以保证,且金属消耗量大，故管板不宜过厚以减小温差应力对管板的影响。为了减小温差应力，设置膨胀节是一种很好的措施。在固定管板使换热器中,当换热器所处温度过大时,壳体轴向应力增大。此时需要在壳体上增设膨胀节,以降低因膨胀节引起的轴向应力。然而引入膨胀节必然影响管板挠度变形,而管子与管板紧密连接,管子的应力状态也将会随管板的挠度变形的变化而变化。这样,在应力和温度载荷作用下,管板、壳体、膨胀节、换热管相互作用,形成了一个复杂的弹性系统。传统分析手段几乎不可能得到准确的应力结果。

由于换热器结构的复杂性,且膨胀节结构经常设置在壳程壳体轴向中央，这样在进行热应力分析是则需要建立相当大的计算模型，将导致有限元计算效率大大降低。所以为了提高效率，避免出现问题，本研究通过合理简化，采用不含膨胀节的简化模型替代换膨胀节的全模型。这样做的话。由于模型的简化和网络单元的大大减少，使得采用简化模型的分析计算效率大大提高。

2. 国内外研究现状分析

一、膨胀节研究方法和标准

波纹膨胀节被广泛应用于管路热补偿、隔振、降噪波纹膨胀节被广泛应用于管路热补偿、隔振、降噪。针对膨胀节的研究主要从40年代开始，主要研究在不同工况下波纹管的应力和应变分析；70年代之前主要采用解析法；70年代之后，随着计算机技术的发展，有限元分析在结构分析中的地位日益突出。

从上世纪60年代起,相继出现了多种工程近似设计标准,其中较有影响的标准如美国膨胀节制造商协会(ejma)标准、美国m.w.kellogg公司标准、日本toyo公司标准、英国teddington公司标准、德国ad标准等。美国的ejma标准较其它标准有明显的优点,它对波纹管的应力分析全面,假设条件较合理,加上计算式对实际的影响因素作了必要的修正,故计算结果与实验数据较为接近,有一定准确性。该标准不仅对工程设计必须考虑的问题(如强度、稳定性、刚度、疲劳寿命等)规定了相应的计算式,而且对各种尺寸的波纹管(单层或多层、带加强或不带加强元件)均可适用,能较好地满足实用需要。它作为膨胀节制造商协会的专用标准,在世界上有相当的影响[1]。

从目前各国标准内容来看，大部分都是以美国ejma标准为基础、根据自身国情和行业情况制定出自己的标准，只有德国ad规范有所不同。近年来,我国压力容器和管道用膨胀节的国家标准(如gb/t12777一1999《金属波纹管膨胀节通用技术条件》)均是主要参照该标准制定的。

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3. 研究的基本内容与计划

随着现代社会的发展，设备越来越往大型化及造作高参数化发展，并且不断出现超标的换热设备。由于本文研究的换热器管内流体与壳程流体之间存在温差，因此在换热器中必然存在温差应力，并且此温差应力将于管壳程流体压力造成的机型压力进行叠加。所以在应力分析时必须综合考虑这些因素。

本文通过有限元软件ansys中的workbench模块建立包括管板、壳体、换热管、膨胀节的三维有限元实体模型，由于全模型模块较大，本文通过对称约束，截取四分之一模型，并且进行有限元分析，得出管板的应力云图。并通过力的等效替代，建立去除膨胀节模块的模型的管板的应力云图，并将全模型和半模型的管板应力云图进行比较，得出结论。

1、调研及查阅文献，翻译外文资料写出开题报告

2、安装、学习并熟练应用ansys软件

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4. 研究创新点

无

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