壓力容器熱力耦合的有限元分析.pdf

1、壓力容器是用于完成反應(yīng)、傳質(zhì)、傳熱、分離和儲存等生產(chǎn)工藝過程并能承受壓力載荷的一種密閉容器，被廣泛應(yīng)用于石油化工、動力、核能、機(jī)械制造等工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域。因其通常在波動溫度條件下使用，所以除了承受機(jī)械應(yīng)力外，還要承受由于溫度分布變化而產(chǎn)生的熱應(yīng)力。尤其是在啟停過程中的瞬態(tài)溫度變化明顯，這種循環(huán)熱應(yīng)力可能達(dá)到相當(dāng)?shù)臄?shù)值，足以使壓力容器產(chǎn)生過量的塑性變形或疲勞斷裂破壞。因此，深入研究容器結(jié)構(gòu)的溫度場、耦合熱應(yīng)力以及部件間的熱傳遞規(guī)律具有重要的理

2、論意義和工程價值。
　　本文以實際容器結(jié)構(gòu)為例，結(jié)合有限單元法建模要求，合理簡化后建立了壓力容器的三維有限元計算模型。利用順序耦合法模擬了鋼制壓力容器和非均勻材料壓力容器的啟停過程，最終分別得到整體結(jié)構(gòu)的溫度變化和耦合熱應(yīng)力。然后根據(jù)數(shù)值仿真結(jié)果，結(jié)合相關(guān)行業(yè)規(guī)范，判定了壓力容器各部件的安全狀況，給出了結(jié)構(gòu)耦合熱應(yīng)力的變化規(guī)律，給出了主螺栓上的應(yīng)力狀態(tài)，并比較了兩種壓力容器傳熱的差異以及耦合熱應(yīng)力的差異。本文的研究模擬了真實的工程

3、結(jié)構(gòu)，給出了比較精確的數(shù)值模擬結(jié)果，對實際工程具有重要的指導(dǎo)作用。
　　根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果，得出以下結(jié)論:(1)在特定工況下，鋼制壓力容器啟動時各部件的耦合熱應(yīng)力值偏大，以致頂蓋和接管段已經(jīng)局部破壞，主螺栓、主螺母出現(xiàn)塑性變形;停止時，鋼制壓力容器項蓋出現(xiàn)塑性變形，接管段已經(jīng)局部破壞，螺栓和主螺母處于安全應(yīng)力狀態(tài)。而非均勻材料壓力容器在啟動、停止過程中，各部件的耦合熱應(yīng)力值均比較小，且各部件均處于安全應(yīng)力狀態(tài)。(2)在熱傳導(dǎo)過程中，