某大型塔器流固耦合的数值仿真

论文摘要

流固耦合作用的研究在航空、航天、水利、建筑、石油、化工、海洋以及生物领域都有着十分重要的意义。随着对问题研究的深入,各种不同的分析计算方法也相继被提出。其中有限元法是应用最为广泛的一种数值方法。本课题用ANSYS软件对某大型氧化反应器流固耦合进行了有限元应力分析计算。论文主要研究内容和结论如下:第一,对实际的氧化反应器结构进行必要的简化,用等效密度的方法模拟流固耦合,建立了氧化反应器的三维有限元模型;第二,对氧化反应器进行了模态分析,得到了反应器的固有频率和振型;第三,分析计算了五种载荷工况（内压、自重、风载荷、地震载荷和温度载荷载荷工况）单独作用下的应力强度和四种组合载荷工况下的应力强度,可以看出应力强度的最大值主要由内压引起,风载荷和地震载荷引起的应力很小;第四,依据JB4732-1995《钢制压力容器-分析设计标准》,对氧化反应器九种工况进行了分析设计校核,该设备的强度满足要求,是安全的。本文的研究工作对类似塔器流固耦合作用的模拟有一定的参考价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 概述
• 1.1 课题来源
• 1.2 课题的目的和意义
• 1.3 课题相关领域的历史、现状和前沿发展情况
• 1.3.1 流固耦合问题概述
• 1.3.2 含液容器的流固耦合问题
• 1.4 课题的主要研究内容
• 第二章 氧化反应器的分析计算条件及有限元模型的建立
• 2.1 氧化反应器的设计条件
• 2.1.1 设备的结构及外形尺寸
• 2.1.2 主要工艺参数
• 2.1.3 材料属性
• 2.2 有限元数值分析方法及ANSYS通用有限元软件简介
• 2.3 几何模型的简化
• 2.4 课题所用单元描述
• 2.5 有限元模型的建立
• 2.5.1 单元网格划分方法
• 2.5.2 有限元模型
• 2.6 位移边界条件
• 2.7 流固耦合作用的模拟
• 第三章 模态分析
• 3.1 模态分析概述
• 3.2 模态提取方法
• 3.3 本课题模态分析结果
• 第四章 结构载荷分析
• 4.1 载荷工况组合方法
• 4.2 载荷边界条件
• 4.2.1 筒体内压
• 4.2.2 设备自重
• 4.2.3 风载荷
• 4.2.4 地震载荷
• 4.2.5 温度载荷
• 第五章 各工况下氧化反应器的应力分析与强度校核
• 5.1 设计时考虑的单个载荷及载荷组合
• 5.2 分析设计安全判据
• 5.3 应力分析结果及强度校核
• 5.3.1 工况一的应力分析结果及强度校核
• 5.3.2 工况二的应力分析结果及强度校核
• 5.3.3 工况三的应力分析结果及强度校核
• 5.3.4 工况四的应力分析结果及强度校核
• 5.3.5 工况五的应力分析结果及强度校核
• 5.3.6 工况六的应力分析结果及强度校核
• 5.3.7 工况七的应力分析结果及强度校核
• 5.3.8 工况八的应力分析结果及强度校核
• 5.3.9 工况九的应力分析结果及强度校核
• 5.4 小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者和导师简介
• 北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书