管壳式换热器换热管与管板开槽胀接有限元分析研究

结合换热管接头胀接连接常用的工艺技术,以不锈钢S30403为管子和管板材料,采用有限元方法分别对开槽结构的机械胀和液压胀两种工艺进行数值模拟,研究两种工艺的变形机理和残余接触压力分布规律,以胀入深度和拉脱力为主要评价指标,分析开槽尺寸、设定胀度对机械胀以及压力对液压胀的影响,并进行对比分析,为热交换器标准编制和胀接工艺参数的确定提供了依据。

板式热交换器换热板片渗透检测环保操作间设计

板式热交换器核心换热元件换热板片采用模具冷冲压成型,现今渗透检测是检测其微裂纹的必要手段,由于渗透检测所用的渗透检测剂有机溶剂中含有苯系物等有害物质,因此板式热交换器换热板片进行渗透检测操作间的设计必须要满足环保排放要求,此次设计的板式热交换器换热板片渗透检测环保操作间主要由照明系统,空气过滤系统和排风除尘系统,板式热交换器换热板片渗透检测操作系统,消防安全系统等五大系统组成,可满足公司D3A(单板换热面积0.03 m^(2))-E45A(单板换热面积3.6 m^(2))系列所有板式热交换器换热板片换热板片渗透检测需求,大气污染物排放指标满足上海市大气污染物综合排放标准。

液化醪流变特性研究及其在板式换热器设计中的应用

在同行业中,本文率先将非牛顿流体理念用于醪液用宽通道焊接板式换热器的热工设计中。首先介绍醪液真实流变特性的测试装置和确定方法,获得玉米原料液化醪的真实流变特性。然后,基于计算流体力学数值模拟技术,提出醪液用宽通道焊接板式换热器设计中流变数据的计算方法。最后,将液化醪流变数据用于宽通道焊接板式换热器热工设计中,设计数据与运行数据吻合较好,为醪液用换热器的精确设计奠定了基础。

高压力可拆卸板式热交换器的开发研究

可拆卸板式热交换器是一种以波纹板为传热面,以对流和热传导为主要手段的换热设备,被大量应用于化工、医药、食品、电力、机械、供暖、船舶、冶金、核电等行业,但其较低的承压性能制约了其在供暖行业的应用,本文以提高板片强度和密封垫硬度为切入点,介绍了一种极限压力为6.0 MPa的高压力可拆卸板式热交换器的设计方法,扩大了可拆卸板式热交换器在隔压站等供暖行业的应用,具有一定的应用前景。

铝酸钠分解序用宽通道板式换热器的运行特性研究及维护

基于氢氧化铝附聚机理、流体力学机理和热力学机理,分析了铝酸钠种分溶液降温用换热器的结疤必然性,研究了结疤后宽通道板式换热器的运行特性。结果表明随着氢氧化铝在换热板片表面的附聚结疤,换热器传热系数和料浆流量降低,泵耗和阻力升高。换热器性能降低会造成铝酸钠溶液分解率降低。另外,结疤会造成局部流速过高,板片磨蚀加速,从而缩短设备使用寿命。最后,针对铝酸钠种分溶液降温用换热器结疤危害,展望了一种智能维护系统方案。

双相不锈钢换热板片回弹变形模拟与实验研究

针对双相不锈钢板片显著回弹变形使得其在可拆卸板式热交换器行业中的开发变得非常困难的问题,采用显/隐式相结合的方法对高强度双相不锈钢FDX27板片进行冲压成形回弹预测。首先,采用显式求解法对板料进行冲压成形分析;其次,移除上下模具后采用隐式求解法对板料的回弹变形进行预测,通过数值模拟对比分析不同模具圆角半径和摩擦系数对FDX27板片回弹变形高度的影响规律,同时选取3种不同材料板片进行对比分析;最后,设计不同的产品工艺试验对回弹数值模拟结果进行验证。结果表明,模具圆角半径对板片回弹变形高度效果影响不显著,而摩擦系数的影响效果显著;材料强度性能和硬化指数N值对板片回弹变形高度的影响效果均很显著;验证结果显示两者具有很好的一致性,证明了回弹数值分析方法是可靠的。研究结果对推动新材料在可拆卸板式热交换器行业中的开发应用具有实际意义。

非圆形角孔二级导流板式换热器浅析

介绍了板式换热器的特点,对圆形角孔与非圆形角孔二级导流板式换热器的结构进行比较,非圆形角孔二级导流板式换热器传热系数提高,压降减少,二级导流设计流体分布更均匀,减缓磨蚀,延长设备使用寿命。

板式热交换器板片应力腐蚀失效分析

利用氯离子浓度计、合金分析仪、金相显微镜、扫描电镜、电子能谱等多种现代化测试手段,从介质成分、板材成分、微观组织、断口形貌、腐蚀残留物成分等方面,研究了可拆卸板式热交换器中S30400板片产生裂纹的原因。结果表明可拆卸板式热交换器板片裂纹源于冷侧,是在含有腐蚀元素的冷侧介质中长期承受拉应力发生了应力腐蚀所致。基于研究结果提出多种改进建议,为预防可拆卸板式热交换器板片出现应力腐蚀开裂奠定了坚实基础。

板式热交换器密封垫结构设计分析

随着资源及能源紧缺,其与国民经济快发展的矛盾日益凸显,节能减排已上升为国家战略,板式热交换器作为近十几年来发展迅速的新型高效节能热交换器,其应用范围越来越广泛。随着近几年板式热交换器设计、制造技术水平的迅速提高,大型化、高参数的应用场合也越来越多[1]。密封垫作为板式热交换器的核心元件,其性能直接影响了板式热交换器的可靠性及推广应用。本文从密封垫结构设计出发,结合失效分析,同时利用ansys workbench软件分析不同结构密封垫的受力情况,通过调整密封垫生产工艺和优化密封垫结构,确保板式热交换器在较高运行压力下可靠运行。

宽通道焊接式板式热交换器紧固件失效分析

宽通道焊接式板式热交换器是一种传热性能优异的热能动力机械设备,解决了传统可拆卸板式热交换器在密封垫片耐温、耐腐蚀、耐压等方面的限制,被广泛应用到能量转化过程的领域,尤其适用于处理含有大量固体颗粒、纤维悬浮物以及黏稠状流体的工况。本文就宽通道焊接式板式热交换器制造过程中夹紧螺柱出现的失效现象进行分析,杜绝此类问题再次发生,确保产品质量稳定。

人字形波纹板三维数值模拟及场协同研究

采用数值模拟方法,对软板-软板组合和硬板-硬板组合的波纹通道内的三维稳态湍流流场进行了数值模拟,定量计算了水在不同流道结构中的传热因子j及摩擦因子f,获得了波纹通道换热及流动状况随波纹夹角、波高及波节距的变化规律,进而对波纹通道进行了整体性能评价,并从场协同理论角度分析了人字形波纹通道强化传热机理。

多功能无损检测仪机械控制装置的设计

在对国外同类设备的分析研究基础之上,对多功能X射线复杂零件检测设备的机械进行设计,应用程序采用模块、结构化编程,将用户软件分为数据文件,功能文件和程序文件三类。实现了以PLC控制的,以工件运动为主、以X射线机探测器运动为辅的检测运动形式,速度范围为0.1~3m/min,达到了对工件多方位、多角度、全位置综合检测的目,为我国的制造装备业进一步提高提供了可靠的保障。

基于CFD-DEM耦合并行算法的锥形喷动床内离散颗粒数值模拟

基于FLUENT软件的MPI平台,在二次开发框架内通过用户自定义函数文件实现了CFD-DEM耦合并行算法.该并行算法具有随CPU核数增加的较佳扩展性能和良好加速性能.通过构建空隙率标量场、重组基于局部平均并考虑气-固相互作用的气相控制方程,提高了气相控制方程的求解稳定性与收敛性;通过软球模型确定颗粒-颗粒及颗粒-壁面间的相互作用,以曳力模型为基础建立了相间相互作用关系.将该CFD-DEM耦合并行模型应用于锥形喷动床气固两相流动的数值模拟中,结果表明:该CFD-DEM耦合并行模型能较好地模拟锥形喷动床内气固流动行为;锥形喷动床内的颗粒流动经历了鼓泡阶段和稳定流态化阶段;在稳定流态化阶段,物料流动具有明显的周期性.基于锥形喷动床内颗粒相的瞬时速度场,获得了稳定流态化阶段颗粒的时均速度分布规律.

单沉浸管流化床内离散颗粒数值模拟

基于FLUENT软件信息传递模式的多点接口(MPI)并行计算平台,在二次开发框架内通过用户自定义函数(UDFs)文件发展计算流体力学-离散单元法(CFD-DEM)耦合并行算法.该算法具有随计算节点数增加的良好扩展性能和加速性能.采用该算法数值模拟了单沉浸管流化床内的颗粒混合过程,揭示了气固两相的运动特性和颗粒混合机制,考察了沉浸管的磨损特性.结果表明:沉浸管引起床内气泡的聚并和破碎,气泡主要绕沉浸管而非沿两侧壁向上移动,随着表观气速的增加,气相流场沿径向的分布更加均匀;颗粒宏观流动结构与分布呈现出明显的径向非均匀特性;沉浸管的存在和表观气速的增加均有助于颗粒混合,使颗粒达到完全混合的时间减少;颗粒撞击管壁的频次和冲刷速度是造成沉浸管磨损的主要原因.

热输入对1Cr18Mn8Ni5N奥氏体不锈钢接头热影响区裂纹的影响

进行了1Cr18Mn8Ni5N不锈钢平板对接刚性拘束焊试验,研究焊接热输入对热影响区（HAZ）裂纹的影响,采用SEM、EDS、XRD等分析了接头热影响区显微组织及裂纹特点。结果表明：该钢HAZ组织为单一的奥氏体。热输入为250～290 J/mm时,接头上下表面出现微裂纹;热输入增加至396.7 J/mm则无裂纹。裂纹自紧邻熔合区一侧的HAZ启裂,沿奥氏体晶界扩展,甚至在紧邻HAZ的母材区也分布着裂纹。这是由于接头HAZ显微组织沿厚度方向上存在差异所致。热输入为250～290 J/mm时,接头上部和下部HAZ的晶粒尺寸大于中部的尺寸,且尺寸均匀性差;当热输入为396.7 J/mm时,整个接头HAZ晶粒充分长大,沿厚度方向的晶粒尺寸趋于一致。

竖直窄通道充分发展段液固流动特性的数值模拟

采用欧拉-欧拉双流体模型,基于水-玻璃珠体系,对长×宽×高尺寸为240 mm×12 mm×1800 mm的竖直窄通道充分发展段内液固两相流动特性进行了数值模拟。结果表明,沿窄通道竖直方向0.7 m以上液固两相流动进入充分发展阶段,在充分发展阶段的窄通道截面上,狭长方向与狭窄方向各位置颗粒速度及浓度均呈中心区域高、贴近边壁区域低的分布趋势;随着入口液速提高,截面各位置颗粒速度均提高,而颗粒浓度在流道中心区域降低,在贴近壁面区域升高;随着初始固相体积分数增加,截面各位置颗粒浓度均提高,而颗粒速度在流道中心区域略有降低,在贴近壁面区域略有升高;在窄通道截面狭长方向两端靠近三边壁影响的区域存在颗粒增浓效应,在截面狭窄方向颗粒速度和浓度分布梯度较大的区域无量纲占比随着入口液速的提高而提高,随着初始固相体积分数的提高而减小。

水平窄矩形通道内液固两相的流动特性

液固两相输运研究主要集中于圆管,窄矩形通道内液固两相水平流动特性和固相扩散特性的研究鲜见报道。在12mm高的水平窄矩形通道内,采用实验研究和计算流体力学-离散单元法(CFD-DEM)数值模拟相结合的方法研究了玻璃珠-水液固两相流动,揭示了压力梯度特性、固相流动特性及其统计学特性、固相扩散特性变化规律。结果表明:在固相运动过程中,形成稀密两相共存的流动结构,密相在水平方向上被加速且向上运动;随着固相浓度增加,固相沿垂向的分布更加均匀,但固相速度非对称分布增强;固相垂向扩散强度随固相浓度增加而减弱。沿垂向将流道分为3个区域:近壁区、颗粒高频碰撞区和颗粒稀疏区。在近壁区,黏性底层-湍流层交界面与颗粒相互作用并将颗粒向流道中心挤压,导致沿流向的固相速度分量和固相体积分散波动较大;在颗粒高频碰撞区,在垂直方向上颗粒无序运动造成其垂向速度分量波动比近壁区和颗粒稀疏区的大;沿流向的固相速度分量和固相体积分数标准差值在整个颗粒高频碰撞区内保持在较小的变化范围,然后在颗粒稀疏区内迅速降低为零。

C-276合金TIG焊接头组织与性能

采用光学显微镜等方法观察C-276合金TIG焊接头显微组织并测试显微硬度,采用电化学技术比较焊缝与母材在酸性和中性环境下的腐蚀性能。结果表明:焊缝为单一奥氏体组织,其形貌为柱状和等轴状;影响区由长大的奥氏体和块状、条状的金属间化合物组成。硬度测试发现,焊缝显微硬度最低,约为260 HV。电化学测试发现,酸性环境中焊缝的耐蚀性弱于母材的,表现为其腐蚀电流密度和腐蚀速率均高于母材;而中性环境中,焊缝的耐蚀性与母材相似。

C24S/2A12异种铝合金的电子束焊接头组织和力学性能

采用真空电子束焊机对2 mm厚的C24S铝锂合金与2A12铝合金薄板进行对接焊试验,采用组织观察、拉伸试验、显微硬度测试等方法研究了C24S/2A12电子束焊接头的显微组织和力学性能。结果表明：焊缝中心组织为大块等轴晶,析出物大部分呈细小颗粒状,弥散分布。靠近2A12侧的焊缝组织为粗大柱状晶和枝晶,析出物在晶内呈弥散颗粒状,在晶界呈条状分布。靠近C24S侧焊缝的上部分布着大量柱状晶,中部和底部除了柱状晶外还形成了细晶区,底部细晶区的宽度小,柱状晶尺寸较大;析出物在该区域主要沿晶界呈条状分布。异种铝合金电子束接头的抗拉强度为253.48 MPa,断后伸长率为8.54%。焊接试样均断在焊缝,这是由于焊缝中大量析出沉淀相,固溶效果降低。靠近C24S侧焊缝的硬度略高于靠近2A12侧焊缝的硬度。

波纹管内湍流传热数值模拟

采用数值模拟方法研究了幅值分别为3mm、4mm的两种波纹管的湍流传热性能,发现幅值为4mm的波纹管换热效果优于幅值为3mm的波纹管,幅值为4mm的波纹管壁面剪切力更大是致其换热效果较好的直接原因。波纹管壁面剪切力沿轴向周期性变化,喉结处壁面剪切力最大。波纹管纵向涡及流道形状周期性变化是传热获得强化的根本原因。引入壁面剪切力、纵向涡等参数,并与传热性能相关联,为波纹管换热器研发提供借鉴。