Анализ влияния температурных полей гладкостенных изогнутых труб теплообменных аппаратов на их тепловые характеристики и прочность

• Автор: Болдырев, Дмитрий Вячеславович
• Шифр специальности: 05.14.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 123 с. : ил.

Оглавление
Введение

Глава 1. Постановка задачи.

1.1. Краткий обзор конструкций кожухотрубных теплообменных

аппаратов

1.2. Трубопроводные системы иобразных теплообменных аппаратов.

1.3 Современное состояние теплового и прочностного расчетов и

образных теплообменных аппаратов

Выводы по главе 1 .

Глава 2. Изгиб тонкостенных криволинейных труб.

2.1. Дифференциальное уравнение изгиба тонкостенной

криволинейной трубы
2.2. Расчет матрицы податливости тонкостенных криволинейных
труб при плоском изгибе в первом приближении
2.3 . Плоскопространственный изгиб тонкостенной криволинейной
трубы с фланцами.
2.4 Решение задачи нахождения компонент матрицы податливости
при комбинированном закреплении концов трубы в третьем приближении.
2.5 Сопоставление результатов с данными, представленными в научно
технической литературе
2.6 Сопоставление результатов расчета с математическим
экспериментом.
Выводы по главе 2.
Глава 3. Применение МКЭ для расчета трубопроводов
3.1 Матрица жесткости элемента.
3.2 Матрица угловых преобразований.
3.3. Составление уравнений МКЭ
3.4. Расчет на прочность
Выводы по главе 3.
Г лава 4 Экспериментальные исследования.
4.1. Описание экспериментальной установки и метода исследования.
4.2 Методика и план исследования
4.3 Расчет экспериментального участка и сравнение данных с экспериментом.
4.4 Анализ влияния результатов уточненного расчета прочностных
характеристик теплопередающих поверхностей трубных пучков на тепловые
характеристики теплообменных аппаратов
Выводы по главе 4.
Заключение.
Библиографический список использованной литературы
Приложение А.
Приложение В.
Приложение С.
Введение
Теплообменные аппараты, в которых поверхность теплообмена выполнена из труб, находят широкое применение в различных отраслях промышленности. В том числе, значительное число подобных теплообменных аппаратов снабжено иобразными или изогнутыми трубами. Такие теплообменники нашли свое применение в текстильной, химической, пищевой и других отраслях промышленности. К числу подобных теплообменников относятся паровые водоподогреватели, широко используемые для получения горячей воды для нужд технологии и отопления.
В процессе конструирования и расчета теплообменников с изогнутыми трубами возникает необходимость определения геометрических характеристик изогнутой трубы, позволяющих обеспечить прочность конструкции теплообменника при заданных рабочих давлениях теплоносителей, либо коэффициента запаса ее прочности.
Актуальность


Разработанная методика дает возможность более точно рассчитывать деформации и напряжения в изогнутых трубах трубных пучков теплообменных аппаратов, что позволит разработчикам машин и аппаратов энергетической промышленности повысить точность расчета на прочность конструкций, а также более экономно использовать материал при создании новейших образцов технологического оборудования и улучшить тепловые характеристики рекуператоров с трубчатой поверхностью теплообмена. Всероссийской научнотехнической конференции Современные технологии и оборудование текстильной промышленности Текстиль ноября г. Всероссийской научнотехнической конференции Современные технологии и оборудование текстильной промышленности Текстиль ноября г. Всероссийской научной студенческой конференции Актуальные проблемы развития текстильной промышленности г. Результаты исследований отражены в 5 публикациях. Структура и объем работы. Диссертация изложена на 7 страницах машинописного текста, иллюстрирована рисунками и таблицами. Объем приложений страниц. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, приложений и списка литературы, включающего 5 наименований. Глава 1 содержит краткий обзор конструкций кожухотрубных теплообменных аппаратов. Приведена классификация гибов, применяемых в данных устройствах. Имеется обзор литературы по истории и современному состоянию методов исследования криволинейных участков трубопроводов. Показано, что ни в одной из рассмотренных публикаций не ставится задача построения матрицы податливости жесткости криволинейного элемента. Все исследования относятся к анализу чистого изгиба криволинейного участка тонкостенного трубопровода с фланцами на концах, либо сопряженного с прямолинейными участками трубопроводов. Вопрос о гибкости криволинейного тонкостенного элемента при пространственном изгибе в указанных исследованиях не ставится, выводы же Э. Л. Аксельрада и В. П. Ильина об использовании и в этом случае того же коэффициента понижения жесткости, что и при плоском изгибе основаны на использовании принципиально неверной расчетной схемы. Глава 2 посвящена выводу основных соотношений изгиба тонкостенных криволинейных труб с использованием полубезмоментной теории тонких оболочек В. З. Власова. Для получения определяющих уравнений использованы соотношения полубезмоментной теории тонких оболочек. Подчиняя функционал полной энергии уравнению Эйлера для вариационной задачи получаем систему линейных связанных дифференциальных уравнений. Решая систему дифференциальных уравнений получаем компоненты вектора радиальных перемещений. Постоянные интегрирования определяются из граничных условий. Для проверки обоснованности существующего подхода выполнено решение задачи плоскопространственного изгиба криволинейной трубы в первом приближении. Представление функций нагрузки и функций решения в виде суммы симметричной и кососимметричной частей позволило получить аналитические выражения для компонент матрицы податливости в обоих рассмотренных выше случаях, которые показывают, что предположение о существовании единого для всех компонент матрицы податливости коэффициента увеличения к неверно. Полученные результаты свидетельствуют, что сочетание краевого эффекта с эффектом Кармана приводит к непропорциональному увеличению компонент матрицы податливости. При этом погрешность традиционного подхода для отдельных компонент матрицы податливости может быть весьма значительна, особенно в случае пространственного изгиба. Выполнен анализ расчетных коэффициентов понижения жесткости в сравнении с экспериментальными данными, а также с результатами исследований, опубликованных в научнотехнической литературе. Проведенный анализ показывает, что полученные нами результаты достаточно хорошо кореллируют с представленным в литературе материалом. Работа по сопоставлению расчетов жесткости криволинейных трубопроводов, выполненных методом КЭ и аналитически велась совместно с кафедрой Сопротивления материалов и прикладной механики МарГТУ. С учетом погрешности полубезмоментной теории оболочек, различие результатов при п2,3,4 не превышает 5.