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《换热器横向载荷分析与校核_1》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。
1、从本学科出发，应着重选对国民经济具有一定实用价值和理论意义的课题。课题具有先进性，便于研究生提出新见解，特别是博士生必须有创新性的成果换热器横向载荷分析与校核摘要：本文分析了流体横向载荷对管壳式换热器管束的影响,对横向载荷作用下管子破坏进行了理论分析,并提出了横向载荷作用下管子的校核计算理论和校核方法。关键词：薄壁管换热器横向载荷强度理论1、前言 随着石油化工设备的大型化,为使结构紧凑,换热器往往采用小管径薄壁管,由横向载荷引起的破坏事故时有发生,其中贵重金属(如Ti)薄壁管,问题尤其严重。据分
2、析,横向载荷造成的机械破坏形式有:管子疲劳破坏、管子与壳体之间的碰撞破坏、折流板对管子的剪切破坏、管子与管板连接处松脱泄漏。因此在换热器设计中,尤其是薄壁管换热器设计,对上述情况均应加以校核。、横向载荷对管束的影响 在管壳式换热器中,为强化传热,通常设置了折流板,壳体中的流体是以横向即垂直于管束轴线方向通过管束。流体横向载荷对换热器的影响主要是引起管束振动和强度破坏。.1振动分析 流体横向载荷引起管束振动主要有阻尼弹性振动、共振两种形式。阻尼稳定性理论 阻尼稳定性理论或称能量理论,是假定流体
3、横向流经管子所产生的激振力对管子所作的功,课题份量和难易程度要恰当，博士生能在二年内作出结果，硕士生能在一年内作出结果，特别是对实验条件等要有恰当的估计。从本学科出发，应着重选对国民经济具有一定实用价值和理论意义的课题。课题具有先进性，便于研究生提出新见解，特别是博士生必须有创新性的成果等于管子系统阻尼振动力衰减所消耗的能量。此时称之为振动的临界状态,对应的流体流速称为不稳定临界流速(uc)。当流体的流速大于uc时,即流体激振力所作的功大于管子阻尼能量,管子便会产生不稳定的弹性振动。由此可知,通过
4、计算一定管束结构条件下的阻尼能量和流体流经管束时所作的功,可确定不稳定临界流速uc。uc=Bf1(mDQ)1ˆ2 共振理论 当载荷扰动频率与管束的管束自振频率相等时,管束发生共振。共振主要在下面几种情况下发生。 (1)卡漫旋涡 流体流经管束时,管子背后有卡漫旋涡产生,当旋涡自管子表面脱落频率与管束自振频率相等时,管束发生共振。卡漫旋涡脱落频率fv可按下面公式计算:fv=StVˆdo (2)紊流抖动 对于节径比小于1.的密排管束,难以发生卡漫旋涡脱落,但壳体紊流旋涡使管子受到随机波动的作用
5、力,而且紊流有一个相当宽的频带,当频带中的某一频率与管子任一自振频率接近或相等时,会导致管子大振幅振动。这一频率称为紊流抖动主频率ft,其计算式为:ft=Vdo[(1-doˆT)+]ˆ(LT)课题份量和难易程度要恰当，博士生能在二年内作出结果，硕士生能在一年内作出结果，特别是对实验条件等要有恰当的估计。从本学科出发，应着重选对国民经济具有一定实用价值和理论意义的课题。课题具有先进性，便于研究生提出新见解，特别是博士生必须有创新性的成果 (3)声振动 当壳体介质为气体或蒸汽时,在与流体流动方向和
6、管子轴线方向都垂直的方向上会形成声学驻波,如果声学驻波的频率与管束的自振频率、卡漫旋涡脱落频率或紊流抖动频率一致,便激发起声学驻波的振动,因而产生强烈的噪声。声学驻波的频率fa计算公式为:fa=nCˆ(2D).2 强度理论 强度理论是将管子视为受均布载荷的梁,管板端为固定端,支撑板端为简支端,由此可计算出梁(管子)的应力及挠度,以评定其是否安全。管子的最大应力Rr出现在固定端,最大剪应力S出现在简支端,两支撑板中间位置有最大挠度y。 当Rr≤[R]、S≤[S]=0.[R]时,管子不发生强度破坏
7、。当y≤(T-do)时,不会发生管子碰撞。由此可得到对应的临界流速:uc1={K1[R](do4-di4)ˆ(BKCLQLdo2)}1ˆ2uc2={K[R](do2-di2)ˆ(BKCLQLdo2)}1ˆ2 uc3={KE[R](do2-di2)(T-do2)÷(BKCLQLdo2)}1ˆ2 鉴于篇幅,上述公式理论推导从略。、横向载荷校核 通过上述分析,在横向载荷作用下,换热器管束应进行下述校核:课题份量和难易程度要恰当，博士生能在二年内作出结果，硕士生能在一年内作出结果，特别是对实验条件等要
8、有恰当的估计。从本学科出发，应着重选对国民经济具有一定实用价值和理论意义的课题。课题具有先进性，便于研究生提出新见解，特别是博士生必须有创新性的成果 (1)稳定校核 为防止管束发生不稳定的弹性振动,换热器管束间流体流速应小于不稳定临界流速,即:u≤uc (2)共振校核 对于一定结构的管束,自振频率f按下式计算:f=[E(do4-di4)ˆ(mL)] 操作条件下,换热器不应发生共振,即卡漫旋涡、紊流抖动、声学驻波频率应远离管束自振频率。因此,要求换热器满足下面条件[]:fv
