汽压波动过程增压锅炉锅筒应力数值模拟

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1、分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文汽压波动过程增压锅炉锅筒应力数值模拟硕士研究生：李小龙指导教师：孙宝芝教授学科、专业：动力工程及工程热物理论文主审人：杨龙滨副教授哈尔滨工程大学2018年3月分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文汽压波动过程增压锅炉锅筒应力数值模拟硕士研究生：李小龙指导教师：孙宝芝教授学位级别：工学硕士学科、专业：动力工程及工程热物理所在单位：动力与能源工程学院论文提交日期：2018年3月论文答辩日期：2018年3月学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIn

2、dex：U.D.C：ADissertationfortheDegreeofM.EngNumericalSimulationofPressureonSuperheatedBoilerDruminVaporPressureFluctuationProcessCandidate：LiXiaolongSupervisor：Professor.SunBaozhiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringPowerEngineeringandEngineeringSp

3、ecialty：ThermalPhysicsDateofSubmission：Mar.2018DateofOralExamination：Mar.2018University：HarbinEngineeringUniversity哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的

4、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（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注

5、明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日汽压波动过程增压锅炉锅筒应力数值模拟摘要增压锅炉作为大型船舶主动力装置的蒸汽之源，其安全可靠性尤为重要。由于启动或停炉过快、负荷突变、大扰动供汽及事故等原因，锅筒压力及壁温在短时间内产生较大波动，导致锅筒管板区产生较高水平的循环应力幅，长时间累积会使锅筒产生塑性破坏和低周疲劳破坏的隐患，

6、直接威胁人身安全和设备安全。因此，开展汽压波动过程增压锅筒应力场及疲劳寿命研究对动力系统设计及实际运行具有重要的指导意义。本文以增压锅炉锅筒为研究对象，针对计算精度涉及到的模型结构、网格尺寸和约束方式等关键问题进行了着重解决。首先，建立了与实际工程一样的半胀连接模型，解决了以往模型不准确造成锅筒危险点位置与应力大小失真的问题。其次，实现了网格局部细化与无关性验证，解决了由于模型网格尺寸一致造成的计算精度较低的问题。再次，采用锅筒端面远端约束方式，解决了之前端面固定约束方式造成的应力集中现象。最后，利用

7、实测数据对计算结果进行了验证，趋势和精度满足要求，证明了以上工作的有效性。根据以上的研究成果，对整个锅筒汽压波动过程进行了三维数值模拟计算。结果表明，冷态启动过程和汽压大幅度波动过程在锅筒辐射区产生了较高水平的应力。冷态启动约束中，锅筒疲劳损伤主要发生在未饱和阶段，此阶段总应力主要由锅筒壁温差产生的热应力占主导；当锅筒内部工质达到饱和状态时，锅筒危险点的总应力受机械应力和热应力共同影响。在实际运行压力波动过程中，压力波动幅度越大，锅筒危险点位置应力幅值变化越大，疲劳损伤越大。研究结果可为动力系统设计和

8、安全运行提供一定的理论依据。关键词：增压锅炉；锅筒；温度场；应力场；疲劳寿命汽压波动过程增压锅炉锅筒应力数值模拟ABSTRACTSuperchargedboilers,asthesourceofsteamforthemainpowerplantoflargeships,areparticularlyimportantfortheirsafetyandreliability.Duetothereasonssuchasstartingorstoppingth