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汽压波动过程增压锅炉锅筒应力数值模拟
| 论文题名： | 汽压波动过程增压锅炉锅筒应力数值模拟 |
| 关键词： | 船舶动力装置;增压锅炉;锅筒压力;温度场;应力场;疲劳寿命 |
| 摘要： | 增压锅炉作为大型船舶主动力装置的蒸汽之源，其安全可靠性尤为重要。由于启动或停炉过快、负荷突变、大扰动供汽及事故等原因，锅筒压力及壁温在短时间内产生较大波动，导致锅筒管板区产生较高水平的循环应力幅，长时间累积会使锅筒产生塑性破坏和低周疲劳破坏的隐患，直接威胁人身安全和设备安全。因此，开展汽压波动过程增压锅筒应力场及疲劳寿命研究对动力系统设计及实际运行具有重要的指导意义。 本文以增压锅炉锅筒为研究对象，针对计算精度涉及到的模型结构、网格尺寸和约束方式等关键问题进行了着重解决。首先，建立了与实际工程一样的半胀连接模型，解决了以往模型不准确造成锅筒危险点位置与应力大小失真的问题。其次，实现了网格局部细化与无关性验证，解决了由于模型网格尺寸一致造成的计算精度较低的问题。再次，采用锅筒端面远端约束方式，解决了之前端面固定约束方式造成的应力集中现象。最后，利用实测数据对计算结果进行了验证，趋势和精度满足要求，证明了以上工作的有效性。 根据以上的研究成果，对整个锅筒汽压波动过程进行了三维数值模拟计算。结果表明，冷态启动过程和汽压大幅度波动过程在锅筒辐射区产生了较高水平的应力。冷态启动约束中，锅筒疲劳损伤主要发生在未饱和阶段，此阶段总应力主要由锅筒壁温差产生的热应力占主导;当锅筒内部工质达到饱和状态时，锅筒危险点的总应力受机械应力和热应力共同影响。在实际运行压力波动过程中，压力波动幅度越大，锅筒危险点位置应力幅值变化越大，疲劳损伤越大。研究结果可为动力系统设计和安全运行提供一定的理论依据。 |
| 作者： | 李小龙 |
| 专业： | 动力工程及工程热物理 |
| 导师： | 孙宝芝 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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