扭曲管换热器的传热强化及其机械性能研究

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1、北京化工大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名：盔叟堂日期：关于论文使用授权的说明学位论文作者完全了解北京化工大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京化工大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内

2、容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。口论文暂不公开(或保密)注释：本学位论文属于暂不公开(或保密)范围，在』L年解密后适用本授权书。f聃}暂不公开(或保密)论文注释：本学位论文不属于暂不公开(或保密)范围，适用本授权书。作者签名：导师签名：畸匆似El期：!!±：茎：兰日期：拗如．乒．多应一学位论文数据集JfilMIllIJlllIIUlUIY2629211中图分类号TQ051．5学科分类号530．31论文编号1001020140741密级公开学位授予单位代码10010学位授予单位名称北京化工大学作者姓名杨旭学号2011200741获学位专业名称化工过程机械获学位

3、专业代码080706课题来源白选项目研究方向压力容器分析设计论文题目扭曲管换热器的传热强化及其机械性能研究关键词扭曲管，轴向刚度削弱系数，当量弹性模量法，传热强化，压力降论文答辩日期2014年5月28日·论文类型基础研究学位论文评阅及答辩委员会情况姓名职称工作单位学科专长指导教师钱才富教授北京化工大学化工过程机械评阅人1周俊波教授北京化工大学化工过程机械评阅人2段成红副教授北京化工大学化工过程机械椭员会拼周俊波教授北京化工大学化工过程机械全国锅炉压力容器答辩委员1陈朝晖高工化工过程机械标准化技术委员会答辩委员2蔡纪宁高工北京化工大学化工过程机械答辩委员3张秋翔高工北京化工大学化工过程机

4、械答辩委员4段成红副教授北京化工大学化工过程机械答辩委员5戴凌汉高工北京化工大学化工过程机械答辩委员6陈平副教授北京化工大学化工过程机械答辩委员7芦浇副教授北京化工大学化工过程机械答辩委员8于洪杰副研究员北京化工大学化工过程机械注：一．论文类型：1．基础研究2．应用研究3．开发研究4．其它二．中图分类号在Ⅸ中国图书资料分类法》查询。三．学科分类号在中华人民共和国国家标准(GB／T13745-9)《(学科分类与代码》中查询。四．论文编号由单位代码和年份及学号的后四位组成。摘要扭曲管换热器的传热强化及其机械性能研究扭曲管是一种新型高效强化传热管型，扭曲管换热器是在扭曲管的基础上研制的一种新

5、型强化换热器。除强化传热外，扭曲管换热器还具有减少结垢，管束间自支撑，无折流板元件，节省空间，同时能克服诱导振动的特点，在石油、化工行业中具有广阔的应用前景。但由于问世时间不长，因此各方面的研究还不充分，特别是在其机械强度方面的研究鲜有报道，这也在一定程度下限制了扭曲管换热器的工业应用。本论文以扭曲管及其换热器为研究对象，就扭曲管刚度、传热性能以及扭曲管换热器的设计，开展以下研究：l、采用有限元分析方法，对扭曲管的轴向刚度进行数值模拟，并考察扭曲比和导程等参数的影响。结果发现扭曲管轴向刚度随扭曲比的增大而降低；导程的增大会提高扭曲管的轴向刚度；论文还给出了基于直管的扭曲管刚度削弱系数关

6、联式，并且通过拉伸试验方法对关联式进行了验证，扭曲管刚度削弱系数关联式的提出有助于扭曲管换热器的工程设计。2、扭曲管是一种非圆截面换热管，若将其当作普通直管并按照GBl51．1999《管壳式换热器》来进行设计计算，严格讲是不合理的。论文基于扭曲管轴向刚度削弱系数关联式，提出了当量弹性模量法进行扭曲管换热器设计，即根据刚度相等的原则将扭曲管等效为相同规北京化工大学硕士学位论文格但弹性模量不同的普通直管，从而利用常规设计规范GBl51．1999进行管板设计。本论文还以一台扭曲管换热器为例，应用当量弹性模量法进行管板强度计算，并就各项应力随扭曲管刚度的变化进行了分析。研究表明，当量弹性模量法

7、简单合理，工程应用方便。3、采用有限元分析软件ANSYS，对扭曲管换热器的管板在三种工况下的应力进行计算，分析了扭曲管轴向刚度削弱系数对管板应力强度及扭曲管轴向应力的影响。结果表明，扭曲管的轴向变形补偿能力优于普通直管，可以降低在温差载荷作用下管板中的应力，但会提高压力作用下的管板应力。在压力载荷作用下，扭曲管上的平均应力大小与普通直管差别不大，但扭曲管的轴向应力在管子横截面上的分布不均匀，局部的轴向应力远远高于平均应力水平，因此扭曲管的抗疲劳