W型辐射管高温变形的有限元分析及结构改进

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辐射管是生产线上不可缺少的主要加热装置,在工业窑炉中的应用不仅可降低窑炉的基本设施以及运营成本还能能够延长加热炉的使用寿命;燃气在辐射管内发生燃烧反应时产生的烟气不与被加热工件相互接触,避免了被加热工件的烧损和氧化,提高了被加工件的质量。因此,燃气辐射管在金属热处理方面以及工业干燥等领域中被广泛使用。  然而与国外燃气辐射管的加热装置相比,国内辐射管存在着一个普遍的问题,沿着燃气辐射管管体长度方向的温度分布不均匀。温差引起的应力变形或者局部过热将造成辐射管的损坏,降低辐射管的使用寿命。因此,如何提高辐射管管体长度方向温度分布的均匀性至关重要。  首先介绍了燃气辐射管的基本概况,包括燃气辐射管的用途、类型以及优势,同时对国内外燃气辐射管的发展现状做了简要概述。其次对有限单元法以及进行有限单元分析所运用到的理论知识进行了阐述,并对运用到的有限单元分析类型(结构静力分析、热应力分析、流体力学分析以及流固耦合分析)做了简单介绍。然后针对不同条件下w型辐射管应力应变分布及变形情况进行了四种不同的有限单元模拟分析,得到了如下结果:  (1)辐射管管体在自重状条件下的应力应变分布及总变形情况。  (2)辐射管管体在高温条件下的热应力应变分布及总变形情况。  (3)管体内燃烧反应后的流体速度及温度在管体沿长度方向的分布情况。  (4)辐射管管体在真实工作情况下壁面温度分布情况。  在此基础上对W型辐射管提出结构改进方案,并进行效果评估。评估后得到了如下结果:  (1)在自重条件下,结构改进后的W型辐射管管体上应力及应变的最大值减小,变形程度减小。  (2)在高温条件下,结构改进后的W型辐射管管体上的应力及应变最大值减小,变形程度减小。  (3)燃烧反应后,结构改进后的W型辐射管管体内流体的速度及温度在管体长度方向上的分布更加均匀。  (4)真实工作情况下,结构改进后的W型辐射管管体壁面的温度分布更加均匀。  由结构改进后得到的模拟分析结果可以得出结论,在W型辐射管同一侧的两弯头处增添小管的结构改进方法是可行的。
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