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不兼作法兰固定管板式换热器力学行为研究

孙士财  
【摘要】:管壳式换热器是石油化工业中广泛应用的典型工艺设备,管壳式换热器受力非常复杂,正确分析管壳式换热器受力状态,对保证换热器安全运行、节约材料以及对整体换热器的经济性等起到非常重要的作用。 综合国内外各类文献资料,不兼作法兰固定管板式换热器的整体有限元分析还没有人开展。本文以此契机,对不兼作法兰固定管板式换热器进行了力学行为的研究。 本文介绍了管壳式换热器常见的几种结构型式以及固定管板式换热器的几种结构形式。本文对不兼作法兰固定管板式换热器的温度场和应力场进行了研究。 不兼作法兰固定管板式换热器的温度场分析部分,介绍了温差应力的产生原因及温度场的分析方法,合理地建立了换热器温度场分析模型,对模型进行了网格划分和加载,求解得到了温度场的分布情况,并对各条路径结果进行了分析与规律总结。验证了ASME规范中的表皮效应理论。 本文研究了不兼作法兰固定管板式换热器整体模型的应力分布情况。分别对七种不同操作工况进行了分析以及强度评定(依据第四强度理论),并从管板上选择了七条路径进行了重点分析,选取了其中三条路径给了曲线图,并根据三条相同的路径进行了对比,通过对管板路径应力的对比分析与评定,以及对正常操作工况下换热器整体的变形量与管板的变形量进行分析,工况5和工况7为危险工况,但均未超过换热器的设计要求,所以不会引起管板以及整个换热器的失效,换热器处于安全状态。通过对管板的应力分析,发现管板在靠近管、壳程两侧靠近表面的薄层区域是最容易发生破坏的。 本文全面深入的研究了不兼作法兰固定管板式换热器,分析总结了不兼作法兰固定管板式换热器的力学行为特点,并提供了大量的分析结果,对于该类型换热器的进一步研究具有一定的应用价值。 本文援引了同类型换热器局部建模的有限元分析进行对比分析,进一步验证了局部建模分析的可行性及其局限性,也进一步验证了整体建模有限元分析的全面和准确。


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