導熱復合材料緊湊型板殼式換熱器關鍵技術研究.pdf

1、針對腐蝕環(huán)境的廣泛存在及其對設備的苛刻要求，本文研發(fā)了一種新型的耐腐蝕高效換熱器，通過理論分析、有限元數值模擬和實驗手段，對導熱復合材料緊湊型板殼式換熱器的關鍵問題作了系統(tǒng)的研究。論文主要工作包括： 1．自主研發(fā)的導熱復合材料緊湊型板殼式換熱器，換熱效率高，顯著減少所需設備臺套數，同樣處理量下，約為石墨列管式的1/5；特別適用于一側有相變的介質環(huán)境，換熱器芯體的壓降不足進口壓力的5％；板翅式結構不僅在1MPa的工作載荷下強度問題

2、可靠，而且變形量很小，保證兩側換熱面積的穩(wěn)定，從而保證傳熱系數的相對穩(wěn)定。通過換熱器性能評價和經濟性評價，說明選用新設備是很有工程意義的。 2．綜合前人的實驗結果和理論分析，論文首次推導了短纖維增強復合材料的強度混合法則公式和熱導率估算公式，通過建立數學模型正確估計各種參數對強度和導熱性的影響規(guī)律；利用ANSYS的參數化有限元分析技術對石墨填充PTFE復合材料導熱性能進行數值研究，結合實驗結果，為PTFE復合材料的導熱性能設計提

3、供了參考依據；綜合考慮力學性能和導熱性，確定了本論文的換熱器設計所需的耐腐蝕導熱復合材料的配方，并預測了其力學性能和導熱性。 3．通過對板翅結構的全參數化有限元數值模擬，獲得了一系列數據，分析了翅片和隔板中應力與結構參數的關系，結果表明翅片和隔板中應力值較原經驗公式的計算值小，隨著m/t<,f>的值增大，FE值與經驗值的差呈增大趨勢，尤其是隔板中的應力與原公式的規(guī)律也存在明顯差別，已不能采用原有的公式結構。利用數據擬合技術，獲得

4、了新的翅片和隔板應力計算工程關聯(lián)式，可作為板翅式結構設計的參考依據，是對現有緊湊型換熱器板翅式結構設計規(guī)范的有效補充。 4．研究了各種不同形狀的毛邊對膠結接頭應力分布和應力峰值的影響。毛邊的存在改變了最大應力區(qū)在接頭中的位置和應力分布規(guī)律，也使應力峰值明顯下降，而且不同的毛邊形式對應力峰值的下降程度不同；合理的毛邊不在于毛邊材料的多少，更主要的是如何形成合理的形狀；三角形和凹圓形毛邊對降低應力峰值效果最為顯著，而三角形毛邊在工藝

5、上最容易獲得，且具有優(yōu)化設計的空間，在優(yōu)化的幾何尺寸下，其三種應力分量的值都很小。確定三角形毛邊為優(yōu)選毛邊方案。 5．對三角形毛邊膠結接頭進行了一系列優(yōu)化設計。優(yōu)化結果表明，隨著隔板厚度的增大，膠層厚度逐漸增厚，而夾角減?。煌瑫r還發(fā)現，當膠層厚度取0.3mm，夾角取30°時，無論接頭結構尺寸如何變化，應力峰值始終處于較低的水平。說明將膠結接頭控制在這樣的尺寸下，即使不是最優(yōu)尺寸，也能獲得很好的工藝效果。 6．對基于流體動

6、力學模擬的優(yōu)化設計方法進行了有益的探索，優(yōu)化后的斜截面導流筒結構尺寸使得入口流速更加均勻對稱。 7．對于特殊開口的封板，用高等材料力學和彈性力學理論對其開口區(qū)和環(huán)板區(qū)進行分析，歸納出封板中的應力影響因素，提出工程關聯(lián)式模型。通過三維有限元計算，并對關鍵區(qū)域作路徑分析，獲得了封板的應力分布規(guī)律。實驗結果驗證了數值模擬的有效性。以不開口區(qū)的環(huán)板上的最大綜合應力為研究對象，對封板進行參數化數值分析，并對數值模擬結果進行數據處理與擬合，