船用锅炉启动过程汽包应力的数值计算

论文摘要

船用锅炉作为船舶蒸汽动力装置中的重要设备之一,其性能的好坏直接影响整个动力装置乃至船舶的性能。而蒸汽动力装置机动性能的优劣,在很大程度上取决于蒸发区厚壁部件(汽包、集箱)所能承受的应力。在机组启停和变负荷过程中,尤其是机组事故情况下,较快的升压、降压速度和温度变化会使汽包材料所承受的机械应力和热应力发生很大的变化,而频繁交变的机械应力和热应力将使金属材料产生的疲劳损伤增大,缩短锅炉汽包的使用寿命。本文采用三维有限元理论,利用ANSYS软件计算了该船用锅炉启动及快速变负荷过程中蒸发区厚壁部件(汽包)的温度、机械应力、热应力及叠加后的总应力场,计算结果表明:机械应力与汽包内压呈近似线性关系,机械应力随着压力的增加而增加;热应力在汽包壳体上的分布比机械应力复杂,且最大值位置和机械应力不重合,在设计工况下,热应力大小为50MPa左右;总应力是机械应力和热应力共同作用的结果,在设计工况下,总应力受机械应力的影响比较大。通过计算获得汽包的最大应力点处的位置及其应力值随时间的变化规律,为确定锅炉最优化启动及变负荷方案提供理论支撑。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 船用锅炉概述
• 1.2 课题的背景及意义
• 1.3 课题的研究现状
• 1.4 本课题主要的研究内容
• 第2章 汽包应力分析
• 2.1 弹性力学基本理论
• 2.2 机械应力与压力失效
• 2.2.1 机械应力分析计算
• 2.2.2 应力集中现象
• 2.2.3 锅炉汽包的压力失效
• 2.3 热应力分析与计算
• 2.3.1 上下壁温差热应力
• 2.3.2 内外壁温差热应力
• 2.4 本章小结
• 第3章 汽包模型的有限元分析
• 3.1 热应力问题的有限元分析方法
• 3.2 锅炉结构和物性参数
• 3.3 实体模型的建立
• 3.4 网格划分
• 3.5 约束处理和边界条件
• 3.6 本章小结
• 第4章 汽包的稳态计算结果及分析
• 4.1 机械应力计算及结果分析
• 4.1.1 炉膛侧汽包模型计算结果
• 4.1.2 夹层侧汽包模型计算结果
• 4.2 热应力计算及结果分析
• 4.3 总应力的计算和结果分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 汽包的瞬态计算结果及分析
• 5.1 瞬态分析概述
• 5.2 瞬态机械应力分析
• 5.3 瞬态热应力分析
• 5.4 瞬态总应力分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢