多层组合圆筒体的轴对称温度和热应力的通用计算方法

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1、第6卷第4期材料与冶金学报Vol16No142007年12月JournalofMaterialsandMetallurgyDec12007多层组合圆筒体的轴对称温度和热应力的通用计算方法112陈良玉,李玉,姜华(11东北大学机械工程与自动化学院,沈阳110004;21宝钢股份有限公司设备部,上海201900)摘要:根据圆筒体轴对称导热的分析原理,推导了多层组合圆筒轴对称导热温度分布和热应力的通用计算式方法,多层组合圆筒体的内部界面温度和径向压力的三对角型方程组形式,给出了计算流程,编写了相应的计算程序

2、,给出了算例.关键词:多层组合圆筒;轴对称导热;温度;应力;通用计算方法中图分类号:TF06文献标识码:A文章编号:167126620(2007)0420297205Generalcomputationmethodforaxisymmetrictemperatureandthermalstressofmultilayercylinder112CHENLiang2yu,LIYu,JIANGHua(11SchoolofMechanicalEngineering&Automation,Northeaster

3、nUniversity,Shenyang110004,China;21BaoshanIron&SteelCO1,LTD1,Shanghai201900,China)Abstract:Accordingtotheaxisymmetricheatconductionofcylinder,ageneralmethodtocalculatetheaxisymmetrictemperatureandthermalstressofmultilayercylinderisdeduced,andtridiagonal

4、linearequationsofinternaltemperatureandradialpressurearederived.Meanwhile,thecalculatingflowofthesimulationprogramisdevelopedandthecorrespondingcomputationprogramandanexamplearegiven.Keywords:multilayercylinder;axisymmetricheatconduction;temperature;str

5、ess;generalcomputationmethod关于单层或双层结构的轴对称导热圆筒体的只与体内点的半径r有关,即T=T(r).在极坐标温度分布和热应力的计算属于经典问题,在许多文下其稳态导热方程[1-4]2献中已有论述.对于多层圆筒的轴对称导热的d1d(+)T=0(1)2温度和热应力计算还未见报导.在冶金生产中有多drrdr种长圆筒形炉窑,比如高炉、混铁鱼雷罐等.圆筒结的解为构的热工炉窑体大多由多层不同材料的耐火材料T(r)=Alnr+B(2)砌筑而成.分析这类炉体的导热和热应力,涉及到式中,

6、A,B是由边界条件确定的系数.多层组合圆筒体的传热和热膨胀分析.本文根据单温度梯度:层圆筒轴对称导热和热应力分析的原理,推导了多dTAG=-gradT=-=-(3)层圆筒体径向导热的温度分布和热应力的通用计drr算式,并给出了计算流程和算例.热流密度:dTkAqr=-k=-(4)1单层圆筒轴对称导热的稳态温度drr分布式中,k为导热率.热流量轴对称传热的圆筒横截面内(图1)的温度场收稿日期:2007205229.作者简介:陈良玉(1959-),男,山东寿光人,东北大学教授,E2mail:clysd@s

7、ina1com.298材料与冶金学报第6卷Tw-TnA=ka2k+ln+a1hna1a2hwkk(9)Tw-Twlna1+Tn+Tnlna2a1hna2hwB=ka2k+ln+a1hna1a2hw图1单层圆筒导热模型式中,Tn,Tw为内外侧环境温度,hn,hw为内外侧Fig11Heatconductionofmonolayercylinder对流换热系数.2多层圆筒轴对称导热的稳态温度Q=-2πrqr(5)设内外自由表面为定温边界或对流换热,可分布有4种边界条件组合:(1)两侧均为定温边界条如图2所示

8、的N层组合圆筒,参照式(2)第i件;(2)内侧定温,外侧对流换热边界条件;(3)层的温度分布可以表示为:内侧对流换热,外侧定温边界条件;(4)两侧均为T(r)=Ailnr+Bi对流换热边界条件.温度系数A,B可表示为:(ai≤r≤ai+1,i=1,2,⋯,N)(10)(1)两侧均为定温边界条件式中的系数Ai,Bi为由边界条件确定的系数.设A=T2-T1各界面半径为a1,a2,⋯,aN+1,各层材料导热率为a2lnk1,k2,⋯⋯,kN,设各界面温度为T1