導(dǎo)熱復(fù)合材料緊湊型板殼式換熱器關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、針對(duì)腐蝕環(huán)境的廣泛存在及其對(duì)設(shè)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(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)手段，對(duì)導(dǎo)熱復(fù)合材料緊湊型板殼式換熱器的關(guān)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(dǎo)熱復(fù)合材料緊湊型板殼式換熱器，換熱效率高，顯著減少所需設(shè)備臺(tái)套數(shù)，同樣處理量下，約為石墨列管式的1/5；特別適用于一側(cè)有相變的介質(zhì)環(huán)境，換熱器芯體的壓降不足進(jìn)口壓力的5％；板翅式結(jié)構(gòu)不僅在1MPa的工作載荷下強(qiáng)度問題

2、可靠，而且變形量很小，保證兩側(cè)換熱面積的穩(wěn)定，從而保證傳熱系數(shù)的相對(duì)穩(wěn)定。通過換熱器性能評(píng)價(jià)和經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)，說明選用新設(shè)備是很有工程意義的。 2．綜合前人的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論分析，論文首次推導(dǎo)了短纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的強(qiáng)度混合法則公式和熱導(dǎo)率估算公式，通過建立數(shù)學(xué)模型正確估計(jì)各種參數(shù)對(duì)強(qiáng)度和導(dǎo)熱性的影響規(guī)律；利用ANSYS的參數(shù)化有限元分析技術(shù)對(duì)石墨填充PTFE復(fù)合材料導(dǎo)熱性能進(jìn)行數(shù)值研究，結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果，為PTFE復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能設(shè)計(jì)提

3、供了參考依據(jù)；綜合考慮力學(xué)性能和導(dǎo)熱性，確定了本論文的換熱器設(shè)計(jì)所需的耐腐蝕導(dǎo)熱復(fù)合材料的配方，并預(yù)測了其力學(xué)性能和導(dǎo)熱性。 3．通過對(duì)板翅結(jié)構(gòu)的全參數(shù)化有限元數(shù)值模擬，獲得了一系列數(shù)據(jù)，分析了翅片和隔板中應(yīng)力與結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系，結(jié)果表明翅片和隔板中應(yīng)力值較原經(jīng)驗(yàn)公式的計(jì)算值小，隨著m/t<,f>的值增大，F(xiàn)E值與經(jīng)驗(yàn)值的差呈增大趨勢，尤其是隔板中的應(yīng)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(jié)構(gòu)。利用數(shù)據(jù)擬合技術(shù)，獲得

4、了新的翅片和隔板應(yīng)力計(jì)算工程關(guān)聯(lián)式，可作為板翅式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的參考依據(jù)，是對(duì)現(xiàn)有緊湊型換熱器板翅式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的有效補(bǔ)充。 4．研究了各種不同形狀的毛邊對(duì)膠結(jié)接頭應(yīng)力分布和應(yīng)力峰值的影響。毛邊的存在改變了最大應(yīng)力區(qū)在接頭中的位置和應(yīng)力分布規(guī)律，也使應(yīng)力峰值明顯下降，而且不同的毛邊形式對(duì)應(yīng)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(duì)降低應(yīng)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(shè)計(jì)的空間，在優(yōu)化的幾何尺寸下，其三種應(yīng)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(duì)三角形毛邊膠結(jié)接頭進(jìn)行了一系列優(yōu)化設(shè)計(jì)。優(yōu)化結(jié)果表明，隨著隔板厚度的增大，膠層厚度逐漸增厚，而夾角減??；同時(shí)還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)膠層厚度取0.3mm，夾角取30°時(shí)，無論接頭結(jié)構(gòu)尺寸如何變化，應(yīng)力峰值始終處于較低的水平。說明將膠結(jié)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(duì)基于流體動(dòng)

6、力學(xué)模擬的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了有益的探索，優(yōu)化后的斜截面導(dǎo)流筒結(jié)構(gòu)尺寸使得入口流速更加均勻?qū)ΨQ。 7．對(duì)于特殊開口的封板，用高等材料力學(xué)和彈性力學(xué)理論對(duì)其開口區(qū)和環(huán)板區(qū)進(jìn)行分析，歸納出封板中的應(yīng)力影響因素，提出工程關(guān)聯(lián)式模型。通過三維有限元計(jì)算，并對(duì)關(guān)鍵區(qū)域作路徑分析，獲得了封板的應(yīng)力分布規(guī)律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了數(shù)值模擬的有效性。以不開口區(qū)的環(huán)板上的最大綜合應(yīng)力為研究對(duì)象，對(duì)封板進(jìn)行參數(shù)化數(shù)值分析，并對(duì)數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與擬合，