換熱器橫向載荷分析與校核_1

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1、從本學(xué)科出發(fā)，應(yīng)著重選對國民經(jīng)濟(jì)具有一定實(shí)用價(jià)值和理論意義的課題。課題具有先進(jìn)性，便于研究生提出新見解，特別是博士生必須有創(chuàng)新性的成果換熱器橫向載荷分析與校核摘要：本文分析了流體橫向載荷對管殼式換熱器管束的影響,對橫向載荷作用下管子破壞進(jìn)行了理論分析,并提出了橫向載荷作用下管子的校核計(jì)算理論和校核方法。關(guān)鍵詞：薄壁管換熱器橫向載荷強(qiáng)度理論1、前言　　隨著石油化工設(shè)備的大型化,為使結(jié)構(gòu)緊湊,換熱器往往采用小管徑薄壁管,由橫向載荷引起的破壞事故時(shí)有發(fā)生,其中貴重金屬(如Ti)薄壁管,問題尤其嚴(yán)重。據(jù)分

2、析,橫向載荷造成的機(jī)械破壞形式有:管子疲勞破壞、管子與殼體之間的碰撞破壞、折流板對管子的剪切破壞、管子與管板連接處松脫泄漏。因此在換熱器設(shè)計(jì)中,尤其是薄壁管換熱器設(shè)計(jì),對上述情況均應(yīng)加以校核。、橫向載荷對管束的影響　　在管殼式換熱器中,為強(qiáng)化傳熱,通常設(shè)置了折流板,殼體中的流體是以橫向即垂直于管束軸線方向通過管束。流體橫向載荷對換熱器的影響主要是引起管束振動和強(qiáng)度破壞。.1振動分析　　流體橫向載荷引起管束振動主要有阻尼彈性振動、共振兩種形式。阻尼穩(wěn)定性理論　　阻尼穩(wěn)定性理論或稱能量理論,是假定流體

3、橫向流經(jīng)管子所產(chǎn)生的激振力對管子所作的功,課題份量和難易程度要恰當(dāng)，博士生能在二年內(nèi)作出結(jié)果，碩士生能在一年內(nèi)作出結(jié)果，特別是對實(shí)驗(yàn)條件等要有恰當(dāng)?shù)墓烙?jì)。從本學(xué)科出發(fā)，應(yīng)著重選對國民經(jīng)濟(jì)具有一定實(shí)用價(jià)值和理論意義的課題。課題具有先進(jìn)性，便于研究生提出新見解，特別是博士生必須有創(chuàng)新性的成果等于管子系統(tǒng)阻尼振動力衰減所消耗的能量。此時(shí)稱之為振動的臨界狀態(tài),對應(yīng)的流體流速稱為不穩(wěn)定臨界流速(uc)。當(dāng)流體的流速大于uc時(shí),即流體激振力所作的功大于管子阻尼能量,管子便會產(chǎn)生不穩(wěn)定的彈性振動。由此可知,通過

4、計(jì)算一定管束結(jié)構(gòu)條件下的阻尼能量和流體流經(jīng)管束時(shí)所作的功,可確定不穩(wěn)定臨界流速uc。uc=Bf1(mDQ)1?2　共振理論　　當(dāng)載荷擾動頻率與管束的管束自振頻率相等時(shí),管束發(fā)生共振。共振主要在下面幾種情況下發(fā)生。　　(1)卡漫旋渦　　流體流經(jīng)管束時(shí),管子背后有卡漫旋渦產(chǎn)生,當(dāng)旋渦自管子表面脫落頻率與管束自振頻率相等時(shí),管束發(fā)生共振?？郎u脫落頻率fv可按下面公式計(jì)算:fv=StV?do　　(2)紊流抖動　　對于節(jié)徑比小于1.的密排管束,難以發(fā)生卡漫旋渦脫落,但殼體紊流旋渦使管子受到隨機(jī)波動的作用

5、力,而且紊流有一個相當(dāng)寬的頻帶,當(dāng)頻帶中的某一頻率與管子任一自振頻率接近或相等時(shí),會導(dǎo)致管子大振幅振動。這一頻率稱為紊流抖動主頻率ft,其計(jì)算式為:ft=Vdo[(1-do?T)+]?(LT)課題份量和難易程度要恰當(dāng)，博士生能在二年內(nèi)作出結(jié)果，碩士生能在一年內(nèi)作出結(jié)果，特別是對實(shí)驗(yàn)條件等要有恰當(dāng)?shù)墓烙?jì)。從本學(xué)科出發(fā)，應(yīng)著重選對國民經(jīng)濟(jì)具有一定實(shí)用價(jià)值和理論意義的課題。課題具有先進(jìn)性，便于研究生提出新見解，特別是博士生必須有創(chuàng)新性的成果　　(3)聲振動　　當(dāng)殼體介質(zhì)為氣體或蒸汽時(shí),在與流體流動方向和

6、管子軸線方向都垂直的方向上會形成聲學(xué)駐波,如果聲學(xué)駐波的頻率與管束的自振頻率、卡漫旋渦脫落頻率或紊流抖動頻率一致,便激發(fā)起聲學(xué)駐波的振動,因而產(chǎn)生強(qiáng)烈的噪聲。聲學(xué)駐波的頻率fa計(jì)算公式為:fa=nC?(2D).2　強(qiáng)度理論　　強(qiáng)度理論是將管子視為受均布載荷的梁,管板端為固定端,支撐板端為簡支端,由此可計(jì)算出梁(管子)的應(yīng)力及撓度,以評定其是否安全。管子的最大應(yīng)力Rr出現(xiàn)在固定端,最大剪應(yīng)力S出現(xiàn)在簡支端,兩支撐板中間位置有最大撓度y?！　‘?dāng)Rr≤[R]、S≤[S]=0.[R]時(shí),管子不發(fā)生強(qiáng)度破壞

7、。當(dāng)y≤(T-do)時(shí),不會發(fā)生管子碰撞。由此可得到對應(yīng)的臨界流速:uc1={K1[R](do4-di4)?(BKCLQLdo2)}1?2uc2={K[R](do2-di2)?(BKCLQLdo2)}1?2　uc3={KE[R](do2-di2)(T-do2)÷(BKCLQLdo2)}1?2　　鑒于篇幅,上述公式理論推導(dǎo)從略。、橫向載荷校核　　通過上述分析,在橫向載荷作用下,換熱器管束應(yīng)進(jìn)行下述校核:課題份量和難易程度要恰當(dāng)，博士生能在二年內(nèi)作出結(jié)果，碩士生能在一年內(nèi)作出結(jié)果，特別是對實(shí)驗(yàn)條件等要

8、有恰當(dāng)?shù)墓烙?jì)。從本學(xué)科出發(fā)，應(yīng)著重選對國民經(jīng)濟(jì)具有一定實(shí)用價(jià)值和理論意義的課題。課題具有先進(jìn)性，便于研究生提出新見解，特別是博士生必須有創(chuàng)新性的成果　　(1)穩(wěn)定校核　　為防止管束發(fā)生不穩(wěn)定的彈性振動,換熱器管束間流體流速應(yīng)小于不穩(wěn)定臨界流速,即:u≤uc　　(2)共振校核　　對于一定結(jié)構(gòu)的管束,自振頻率f按下式計(jì)算:f=[E(do4-di4)?(mL)]　　操作條件下,換熱器不應(yīng)發(fā)生共振,即卡漫旋渦、紊流抖動、聲學(xué)駐波頻率應(yīng)遠(yuǎn)離管束自振頻率。因此,要求換熱器滿足下面條件[]:fv