U型或浮头式换热器管板中的热应力及其主要影响因素研究

采用有限元法研究了U型或浮头式换热器管板中的热应力，并考察了管板厚度及管壳程对流换热系数的影响。研究结果表明，对于U型或浮头式换热器，管板内仍存在较大的热应力，这是由于管板上换热管中热量传递造成的，并且当管板较厚时这种应力更为突出；在管程走热流体时，管板两侧表面存在拉伸热应力，降低管板厚度可以有效地降低由热载荷引起的管板壳程侧表面热应力，壳程侧表面热应力可由40 MPa降至-13 MPa；壳程传热系数对管板温度场的影响明显，在换热器设计中使对流换热系数较低的介质走壳程有利于降低管板的热应力。     

自紧密封U型管式换热器管板温度场的ANSYS分析

本文通过有限元分析得出了管板的温度场分布情况,验证了ASME规范中的表皮效应理论。在管板布管区域,管板大部分厚度上的温度都介于管程流体温度和壳程流体温度之间,只有在靠近管板表面处很薄的一层区域内的管板温度接近该侧流体的温度。在管板的不布管区域,管板沿厚度方向的温度由接近于管程流体的温度几乎呈线性降低至接近于壳程流体的温度。管板表层温度与流体温度的接近程度取决于对流传热系数,对流传热系数越小,管板表层温度与流体温度的差值越大。     

管板接头残余应力的数值模拟计算及测试

利用有限元软件ABAQUS进行换热器管板焊接接头残余应力数值模拟,获得了管板焊接接头径向和环向残余应力的计算数值.结果表明：最大径向残余应力出现在相邻角焊缝间的热影响区;环向残余应力最大值则位于焊缝根部焊趾,而实际使用中焊趾与换热介质直接接触,易造成换热管与管板连接处的应力腐蚀开裂.通过X射线衍射法测量了管板接头焊后、先焊后胀两种工艺热影响区的环向残余应力值,发现制造过程中采取先焊后胀的方法不但减小了换热管与管板的间隙,还使焊后残余应力值下降,甚至应力形成从拉应力转变为压应力,降低了管子与管板之间发生应力腐蚀的可能性.对比焊后环向残余应力的计算值与实测值,二者变化趋势一致.     

关于管板结构的数值分析设计

针对管子与管板以胀接和焊接形式连接的管板结构,采用有限元方法计算了在壳程压力作用下的挠度和应力,并拟合为管板半径、厚度和压力的函数。结果表明:由于管子的支撑作用,管板的挠度和应力对管板的半径和厚度的变化并不十分敏感;有限元分析得到的管板应力不足按常规设计标准计算所得管板应力的一半,这表明,虽然在换热器设计标准中管板的设计计算考虑了管子的一定支撑作用,但实际的支撑效果更大,若采用基于有限元法的分析设计法,仍然可以降低换热器的管板厚度;与焊接结构相比,胀接结构更有利于提升开孔管板的强度与刚度。     

厚管板液压胀接残余应力的研究

针对一实际厚管板的开裂问题,应用有限元分析方法,模拟了管板的液压胀接过程,计算了管子与管板接触面上的残余接触压力以及管孔周围的残余环向应力。结果发现,液压胀接后,在管子与管板接触面上的残余接触压力的分布是不均匀的,存在两个有较大残余接触压力的"密封环"。沿管板厚度,管孔周围的胀接残余环向拉应力可达数10 MPa,该应力很可能会触发裂纹形核并促使裂纹沿管板厚度方向发生穿透性扩展。     

甲醇合成塔管板有限元分析及优化

借助ANSYS软件,对甲醇合成塔的7种工况进行应力分析和安全评定,并通过改变管板与壳体连接过渡圆角对管板进行优化分析.结果表明,最大等效应力均出现在几何形状不连续处;热应力是影响管板应力的主要应力,由于热应力的影响,含温度载荷的工况等效应力数值较大;对7种工况进行应力评定,评定结果均为合格;并针对工况5通过改变过渡圆角半径进行优化,明显改善了管板的应力分布状况.所得结论对甲醇合成塔的应力评定和优化分析有一定的参考价值.     

锥纹管换热器流体流动与传热性能实验研究

波纹换热管是一种具有特殊形状的双面强化传热管,传热效率高,轴向变形补偿能力强,被广泛应用于工程实际中。锥纹管是在传统波纹管的基础上进行改进得到的新管型,具有优越的强化传热特性。针对锥纹管弓形折流板换热器的流动与传热特性进行实验研究,并将其与传统光滑管弓形折流板换热器进行对比,实验结果表明：在所测试流量范围内,当管程介质为水,壳程介质分别为水和32#液压油时,与光滑管换热器相比,锥纹管换热器的总传热系数分别提高了5%~40%和5%~20%,管程压力降升高了20%~70%,壳程压力降降低了10%。同时进行了相关数值模拟计算,并基于实验和模拟结果,对以水为介质的锥纹管换热器的管壳程传热准则关联式进行了拟合,数值验算结果表明,关联式可以满足工程设计的精度要求。     

锥纹管换热器流体流动与传热性能实验研究

波纹换热管是一种具有特殊形状的双面强化传热管,传热效率高,轴向变形补偿能力强,被广泛应用于工程实际中。锥纹管是在传统波纹管的基础上进行改进得到的新管型,具有优越的强化传热特性。针对锥纹管弓形折流板换热器的流动与传热特性进行实验研究,并将其与传统光滑管弓形折流板换热器进行对比,实验结果表明：在所测试流量范围内,当管程介质为水,壳程介质分别为水和32#液压油时,与光滑管换热器相比,锥纹管换热器的总传热系数分别提高了5%~40%和5%~20%,管程压力降升高了20%~70%,壳程压力降降低了10%。同时进行了相关数值模拟计算,并基于实验和模拟结果,对以水为介质的锥纹管换热器的管壳程传热准则关联式进行了拟合,数值验算结果表明,关联式可以满足工程设计的精度要求。     

管壳式换热器进口管箱流场的数值模拟分析

管壳式换热器进口管箱中流体的流场分布对换热器的换热效率和管子与管板连接处的泄漏失效有着重要的影响。采用流体力学的方法,对不同流量下,不同管箱直径、长度、不同管程数时管箱内的流场和压力场的分布进行了数值模拟。模拟结果清晰地显示出管箱内流场和压力场的分布状况,可用于分析不同区域管子与管板的连接接头开裂、泄漏和换热器整体换热强度不高的原因,指出了改善管箱内流场分布的途径,对工程实际具有重要的理论和应用价值。     

焊缝层数对特厚度管板焊接残余应力与变形影响的有限元分析

基于ABAQUS软件,建立了顺序耦合的焊接残余应力与变形有限元计算程序,对大型环氧乙烷（EO）反应器国产化中采用的390 mm厚20MnMoNb特厚板拼焊反应器管板的焊接过程进行了残余应力与变形计算,并讨论采用不同焊缝层数对管板焊后残余应力与变形的影响.焊接采用双U形坡口,通过翻转管板进行两面坡口的交替焊接,为防止管板发生过度变形,焊接时始终在管板两端压有重量为4.5 MN配重.计算结果表明：焊后管板发生了一端翘起的角变形,在靠近表层的焊缝及热影响区存在较大残余拉应力,在焊缝内部为较大的残余压应力;由于配重对变形的限制导致先焊面的应力大于后焊面;增加焊缝层数,使变形增加,残余应力降低,但并不显著.对如此大型特厚板约束焊,增加焊缝层数不是降低其焊接残余应力的有效手段.     

多管火箭炮发射中的变结构问题

该文对多管火箭炮系统中的变结构问题 (包括变自由度和变拓扑结构 ) ,提出了关于变结构系统不变化的策略 ,将变结构看作稳态结构。对这个“虚拟稳态结构系统”的动力学建模和仿真采用“分路”法 ,高效地实现了多管火箭炮各发射阶段的自动切换。     

基于分布参数模型的满液式蒸发器性能模拟

基于流动沸腾换热的Chen氏加和模型，建立了满液式蒸发器分布参数的热力计算模型．采用分相流动模型计算制冷剂横掠管束的两相压降，考虑了压降对制冷剂饱和温度的影响；对于流程上下布置的满液式蒸发器，模型计算了制冷剂流量沿轴向的分布，改进了前人忽略制冷剂流量轴向分布对蒸发器性能的影响．应用该模型对一水平布置、2流程、采用强化管的满液式蒸发器进行了性能计算，热负荷的计算值与试验值吻合良好．同时，研究了不同管型、不同流程布置对满液式蒸发器性能的影响．     

多层焊焊接应力分布对管子局部热处理应力释放准则的影响

采用有限元方法构造了轴对称模型下多层焊应力分布,用粘弹塑性有限元方法对管子多层焊后不同局部热外理条件下应力分量的分布情况进行了研究.结果表明,管子内、外侧残余应力和加热宽度表现出不同的规律管子外侧的残余应力随加热宽度的增加缓慢下降;管子内侧的残余应力在较小的加热宽度下可以得到有效消除.残余应力与加热宽度关系表现为两种类型一种是理想衰减型;另一种为局部最小型.多层焊形式下的残余应力与加热宽度的关系表现为后一种型式.加热宽度2B=5Rt较为合理.过大的加热宽度时局部热处理应力释放的作用不大.最后,进行了管子的多层焊和局部热处理试验,并采用X-射线法对局部热处理后的应力进行了测量.     

板和壳单元在换热器管板计算中的应用（Ⅲ）管板─管束─法兰─壳体系统的有限单元模拟

以管壳式换热器的固定管板应力计算为例说明，采用本文作者所建议的方法利用有限单元法进行计算，可以将我国现行换热器标准在计算中考虑到的主要因素都包含进来．并保持标准中对管板力学特性的假设不变，而且还可以比标准的计算方法有更大的灵活性，适应更多的管板结构型式．其计算结果与实验结果相一致，精确度不比标准低．     

基于等效龄期的钢管拱内混凝土硬化过程热应力

为揭示大直径钢管拱内混凝土硬化过程中力学性能增长的温度依赖性因素对组合结构热力作用效应的影响机理,采用有限元程序模拟钢管拱内混凝土的水化热传导过程,并与实测温度场数据进行对比,随后基于等效龄期法考虑其对管内混凝土弹性模量增长的影响,在此基础上结合热弹性力学理论得到了硬化过程中组合结构热应力的变化规律,并与未考虑温度依赖性影响的计算结果进行比较分析.结果表明,水化热温度场加快了管内混凝土硬化过程中弹性模量的增长速度,进而导致混凝土温度应力明显增大,截面径向、环向以及纵向温度应力增幅分别可达1.3倍、1.3倍和1.4倍,但对钢管应力的影响可忽略不计.因此,在分析大直径钢管拱内混凝土硬化过程中的热力作用效应时,必须考虑水化热温度场对管内混凝土弹性模量增长的影响.     

方矩形管第一道次辊弯成形过程的变形和应力场

应用三维大变形弹塑性有限元法,对方矩形管第一道镒辊弯成形过程中金属流动规律以及 应力分布进行了模拟分析。文中考虑了轧件的弹复,保证了下一道次为形历史的延续,从而为真实模拟方矩形宫续辊弯成形过程奠定基础。本文的结果对辊弯成形中的产品质量的控制和孔型的优化有着重要意义。     

细竖管内流动凝结的换热特性

为探讨小尺度条件下管内流动凝结换热的特性,针对１～５ｍｍ的细圆管,考虑凝结液膜的弯曲、气液界面剪切力与液膜表面张力的影响,建立起柱坐标系下竖直管内受迫流动凝结换热物理数学模型;利用数值求解的结果,对小尺度条件下管内凝结换热的规律进行预测性分析．研究表明,细管径条件下,气液界面切应力与液膜表面张力对流动凝结过程的影响增大,使重力的影响处于相对微弱的地位;与Ｎｕｓｓｅｌｔ换热关联式的预示值相比,小尺度圆管有明显的强化凝结换热的效果．上述结果有助于深化对小尺度下凝结换热规律的理解     

神经网络在钢管孔型设计中的应用

文章将人工神经网络与有限元嵌合技术用于钢管孔型参数的预测，运用BP网络建立孔型参数与钢管尺寸精度之间的非线性关系，实现了对孔型参数的优化。解决了长期以来靠经验试凑的问题，为实际生产提供了理论依据，并给钢管生产带来了很大的便利。     

电站立式给水加热器传热强化及无铜化运行研究

针对电站立式给水加热器的传热特性和强度要求,研制并加工出小螺旋角内外螺旋翅片管（IOSF管）来强化其传热特性,基础试验表明,IOSF管的总传热系数比光滑管提高63%-95%;工业试验表明,采用IOSF管的立式高压加热器总换热系数提高43%,对钢螺旋槽管替代铜光滑管进行了实验研究,结果表明,钢质螺旋槽管给水加热器不仅能保证原有热负荷,还能提高其换热强度,实现了锅炉给水无钢化运行的要求。     

The effect of surface tension on flow condensation in vertical small-diameter tube

The effect of surface tension on flow condensation in vertical small tube with inside diameter of 1 — 5 mm is compared with that of gravity and shear stress in different gravity environments at low Reynolds number, which is less concerned in former studies. The present study indicates that surface tension is the most important factor affecting flow condensation, but it is weakened by shear stress as decreasing tube diameter in a microgravity environment. In a normal gravity environment, body force is the dominant effect that is weakened by shear stress as decreasing tube diameter , while the effect of capillary pressure drop due to surface tension is enhanced. The work will be helpful in understanding the characteristics of heat pipe or capillary pumped loop (CPL) at low Reynolds number.