波纹换热管刚度分析与对管板强度的影响

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1、硕士学位论文摘要自波纹管换热器出现以来，就以其传热系数高，并具有除垢、防垢的特点而在工业生产中得到广泛地应用。在波纹管换热器管板的设计计算中，设计人员一般都是把波纹管简化为相应规格的直管，然后按照GB151―1999《管壳式换热器》方法来进行计算。由于波纹管换热器中波纹管管束与普通直管管束存在着很大的差异，波纹管的轴向刚度比直管的轴向刚度小得多，因而，现有的设计方法给管板强度的计算结果带来很大的不确定性，这在一定程度上影响着波纹管换热器的发展。本文从波纹管刚度的计算方法入手，用有限元方法来求得工程上常用规格的不同

2、尺寸参数下单波波纹管的刚度，从而得到不同参数对波纹管刚度的影响，建立一套波纹管刚度的工程计算方法；进而通过等刚度当量折算，获得将波纹管转化为虚拟直管的方法，最终将虚拟直管的几何参数输入到过程设备设计计算软件SW6-1998中进行管板的强度计算，较好地奠定了一套针对波纹管换热器管板强度计算的工程方法。目前，对于波纹管换热管的刚度计算尚没有完整的技术方法或规范，本文用有限元的方法计算出一批工程上常用的波纹管的刚度值，并经实验对比验证；进而分析了不同尺寸参数对于波纹管刚度的影响，并在此基础上建立针对工程上常用规格的波纹

3、管刚度计算模型，经参数关联后，该模型具备了较佳的波纹管刚度预测能力。同时，本文利用神经网络方法对波纹换热管的刚度进行预测。人工神经网络方法不需要对波纹管进行数学建模，也能够预测输入与输出之间的关系。经对比研究发现，神经网络方法对波纹管刚度的预测结果与本文提出的模型的预测结果较为一致，进一步证明了本文提出的有关波纹管刚度计算模型的适用性和合理性。基于本文提出的波纹管刚度计算模型及波纹管的等刚度折算方法，本文对波纹管换热器管板强度的计算与设计进行了分析。通过计算实例分析了由于换热管刚度的变化对管板应力造成的影响，同时

4、也讨论了波纹换热管的温差补偿作用。通过本文的研究，获得了一套针对波纹管换热器中波纹管刚度及管板强度计算的完整方法。关键词：波纹管，刚度，有限元，参数关联，人工神经网络，管板I硕士学位论文AbstractCorrugatedtubeheatexchangershavebeenwidelyappliedinindustryrecentlyduetotheirhighheattransfercoefficient.Howeverthetube-bundlesofcorrugatedtubeheatexchangersa

5、redifferentfromthoseofcommonheatexchanger,andthestiffnessofcommonstraighttubesarehigherthanthoseofcorrespondingcorrugatedtubes，thustheirsupportstothetubesheetaredifferentfromeachother.Duringthedesignprocess,corrugatedtubeisusuallytreatedasstraighttubewithsame

6、size,andtubesheetstrengthiscalculatedbythemethodgiveninGB151-1999(Tubularheatexchangers).Sincetheaxialstiffnessofcorrugatedtubesaremuchlowerthanthoseofcorrespondingstraighttubes,sothecalculationmethodmentionedabovebroughtobviousuncertaintytotheresult.Actually

7、,thisproblemhasaffectedthedevelopmentofthecorrugatedtubeheatexchangers.Inthisdissertation,theFEMwasappliedtocalculatethestiffnessofthecorrugatedtubesusedinheatexchangers.Thentheeffectsofdifferentparametersonthestiffnesswereanalyzed,thecorrespondingstiffnesscu

8、rveswereobtainedandtheengineeringcalculationmethodforcalculatingthestiffnessofcorrugatedtubeinheatexchangerwasproposed.Throughtheequivalentstiffnesscalculationmethod,thegeometryparameters