电工天候环境模拟罐若干问题的研究

论文摘要

本文的电工天候环境模拟罐是模拟青藏高原海拔6000m的低压低温气候,在此环境中要试验向青藏高原输电过程中电工产品可能出现的情况。这就需要一个大型的真空低温容器,即要涉及很多关于环境模拟罐的设计与制造一些问题的研究。本论文以一个大型(直径10.5m,高度12m,容积1300m3左右,简称“千立”)电工天候环境模拟罐结构为研究对象,主要采用理论分析和数值模拟相结合的方法,对模拟罐结构进行整体静强度分析,结构的失稳分析,聚氨酯保温层内置方案与抽真空制冷匹配问题初步研究,主要研究内容为：首先,建立合理的真空罐有限元模型,利用ANSYS有限元分析软件对于外压圆柱壳进行结构静强度分析。进行实际工作条件下的最危险工况下结构的刚度、强度等静力学计算,找出结构的危险截面与部位。其次,本文对千立电工天候环境模拟罐的结构进行了动力学稳定性分析。利用ANSYS内置的Model求解器计算环境模拟罐结构的前10阶固有频率,绘制出相应的主振型图。基于国内外经典的薄壁外压圆筒稳定性理论,利用特征值失稳分析与非线性的失稳分析方法要求出结构的极限失稳载荷值。然后,对于千立电工天候环境模拟罐保温层内置方案进行相关的聚氨酯发泡的试验研究与验证,检验了聚氨酯发泡在抽真空环境中的强度与低温下的绝热性能。保温层如果能满足了强度与绝热特性,则证明聚氨酯发泡可放置在罐壁的内侧,建议考虑罐体材料可采用普通钢,这样就可大大降低成本。最后,对于低温真空罐的真空与低温环境的获得做了一系列的研究。建立了合理的抽真空与制冷同时进行的真空罐的数学模型,通过热工学的基本传热传质原理与真空获得的基本知识,列出了能量方程组。通过一定的数学分析的能力,要解决水环真空泵抽真空与制冷机换热器制冷匹配问题。本文的研究方法与结论对实际模拟罐及相关的外压容器的设计及结构优化开发具有较好的参考价值和一定的指导意义。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.2 国内外环境模拟器的研究现状
• 1.2.1 国外发展现状
• 1.2.2 国内发展现状
• 1.3 课题研究的目的与意义
• 1.4 课题的主要研究内容
• 第2章 千立环境模拟罐静强度特性分析
• 2.1 有限元法基本理论及有限元模型的建立
• 2.1.1 有限元法基本理论
• 2.1.2 ANSYS有限元分析软件
• 2.1.3 千立环境模拟罐结构特点
• 2.1.4 有限元模型单元选择
• 2.1.5 有限元模型建立
• 2.2 结构静力分析
• 2.2.1 许用强度判定准则的确定
• 2.2.2 边界条件
• 2.3 加载计算及结果分析
• 2.3.1 方案一:完整加强筋模型
• 2.3.2 方案二:优化加强筋模型
• 2.4 两种方案的静力分析结果比较
• 2.5 本章小结
• 第3章 千立环境模拟罐结构动力学稳定性分析
• 3.1 千立真空罐模态分析
• 3.1.1 模态分析理论基础
• 3.1.2 边界条件的给定及求解
• 3.1.3 真空罐结构模态分析结果
• 3.1.4 本节小结
• 3.2 千立罐整体的失稳分析
• 3.2.1 失稳分析概述
• 3.2.2 壳体失稳基本理论
• 3.2.3 外压薄壁圆柱壳弹性失稳理论
• 3.2.4 受均布周向外压的短圆筒的临界压力
• 3.3 千立罐结构的稳定性分析
• 3.3.1 有限元失稳分析理论
• 3.3.2 特征值失稳分析
• 3.3.3 非线性失稳分析
• 3.3.4 铝制圆筒的失稳
• 3.4 本章小结
• 第4章 千立罐聚氨酯保温层内置问题的研究
• 4.1 绝热材料的选用
• 4.1.1 绝热材料的种类及一般特性
• 4.1.2 绝热材料的选择
• 4.1.3 聚氨酯泡沫塑料的导热系数
• 4.2 硬质聚氨酯泡沫塑料保温层性能测试试验
• 4.2.1 硬质聚氨酯泡沫强度性能测试研究
• 4.2.2 硬质聚氨酯泡沫导热性能测试研究
• 4.3 本章小结
• 第5章 千立罐真空获得与制冷系统匹配问题的研究
• 5.1 真空获得与制冷匹配预想的方案
• 5.2 抽真空与制冷的计算
• 5.3 本章小结
• 第6章 结论和建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 参考文献
• 致谢