流热场及热应力场耦合计算.docx

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1、流热场及热应力耦合计算1建模由于管子具有对称结构，因此原始管子结构对称面的一半作为热场计算模型模型，为了方便热应力的计算，热场计算模型又认为分割为三个部分几何模型2热场计算边界和结果2.1计算边界参数（1）水物性参数（国际单位） 温度K 密度kg/m3 热容j/kg-K 粘性pa-s 热导率j/m-k 473 863 4532 1.34e-4 0.57 523 794 4815 1.07e-4 - 573 712 5502 9e-5 - 623 674 5502 7.1e-5 -（2）水进口速度旁路管路截面积1.2868dm3x2 流量697000lb/h=43.9kg/s 水温504K（23

2、1） 密度0.834kg/dm3 得流速2.5m/s蛇形吊管总共153根，总截面积0.13854dm3x153=21.2dm3总流量与旁路流量之比为28:72，得总流量271055lb/h=34.155kg/s 水温583K(310) 密度0.696kg/dm3 得进口流速0.231kg/s（3）管子周围环境温度取3302.2仿真计算结果管子外壁与内壁温度云图内部温度局部放大图管子大部分区域温度相对均匀，只有主管中部导数第二个出水管附近蛇形吊管与主管壁温差最大，云图颜色也是没有过度颜色变化的部位，温度梯度也大，也容易形成热应力。管子内部温度云图管子内部速度云图管子内部旁路水管出口位于主管中部导

3、数第二个出水口附近，冷水从旁路水管流出后由于失去了旁路管壁对冷水流动的约束作用，对主管壁产生冲击冷却作用，由于冷水速度不是很大，加上水的粘性阻力非常大，对主管冷却作用主要集中在冷水出口附近。开孔位置水流开孔位置水流管子内壁速度云图局部放大从图中可以看到，旁路水管在流动过程中不断通过开孔位置慢慢流出，与主管热水慢慢混合，避免主管壁被冷水激冷激热，如果条件允许，整个旁路水管应该做成一个整体管路结构，可能更为合适。3热应力分析计算结果下面图中的热应力计算是几何模型黄色的那一段管子热应力仿真计算结果，这段管子正好处于热场温度分布最不均匀的位置。 管壁表面及轴向剖面应力强度云图从图中可以看到最大应力点位

4、于管壁右边数第二根到第五根蛇形吊管根部附近，此处正好是冷热水交汇之处 蛇形吊管轴向及纵向剖面应力云图蛇形吊管根部应力最大点在127MPA-145Mpa之间第二模型几何模型，纵向剖面温度云图及局部放大云图旁路管末端附近出口水流直接流向主管管壁，激冷激热造成蛇形吊管根部温度急剧变化，热应力集中将会更加明显。第三模型几何模型 管壁温度云图管路剖面水流速度矢量云图旁路出水口正对主管出水口，旁路出水方向顺着主管出水方向，不会造成旁路出水直接流向主管管壁，从而造成主管管壁急剧降温，有利于冷热水交汇处管壁温度缓慢过渡，均匀分布。从管路剖面水流速度矢量云图来看，旁路出水口水流流动偏向右侧，因此可以将出水口向左侧便宜5-10mm，也许更好。第三模型管壁温度相对均匀，没有激冷激热造成的温度急剧变化，管壁热应力非常小，最大热应力在20MPa以下。10 / 10