学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

加氢反应器电磁感应局部热处理温度场及应力场数值模拟研究

作　者: 刘斌
导　师: 荆洪阳
学　校: 天津大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 电磁感应加热 温度场分布 加氢反应器 残余应力
分类号: TG151
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 88次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载
 

内容摘要


加氢工艺于1927年开始在工业上得到应用，原料油在催化剂和高压氢气存在的条件下，约在175~455℃时进行加氢反应，烃类在高压氢气和催化剂存在的条件下转化为低分子量产物。加氢反应器在加氢工艺中的作用就是为原料油和氢气在催化剂和一定的温度、压力条件下进行反应提供场所。加氢反应器是用多个内径长4米、厚度200mm、轴向长2米的圆管状筒节焊接而成。为了降低焊接残余应力．改善焊缝和热影响区组织的综台力学性能，需要进行焊后热处理。传统的热处理是把试件整个放入热处理炉中加热到一定的温度，保温一定时间然后冷却，这样消除残余应力最彻底效果最好，但是很难找到与加氢反应器尺寸相适应的热处理炉，这种情况下，电磁感应加热这种局部热处理方法的优势就显现出来。本文首先探讨感应加热的有限元计算理论：从电磁学和热学的角度出发，得出解决感应加热这种特殊的磁—热耦合现象的数学方法，并给出计算模型。接下来结合有限元理论，探讨如何利用ANSYS软件实现感应加热的数值模拟，编制出命令流程序语言。通过温度场数值模拟计算，找到电磁感应局部热处理过程中加热宽度和保温宽度这两个参数值的最佳配比，使加氢反应器在局部热处理过程中，焊缝处温差始终保持在一定的范围内，不会在焊后热处理过程中由于局部温度梯度过大而引入新的残余应力。最后根据温度场分布情况，模拟计算构件在进行局部热处理之后的残余应力场分布，并且比较不同加热宽度下，由于局部热处理受热不均所引入的新残余应力的大小。从残余应力的角度评价了根据温度场模拟计算所得到的局部热处理最佳加热宽度值，对ASME标准中仅仅通过规定均热宽度的大小来控制局部热处理质量的不足进行补充和完善。

全文目录


中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章 绪论  7-16
  1.1 课题产生背景  7-8
  1.2 国内外感应加热数值模拟研究发展现状及动态  8-11
  1.3 加氢反映器简介  11-13
  1.4 本课题研究内容  13-15
  1.5 本章小结  15-16
第二章 感应加热原理及工程应用概述  16-22
  2.1 感应加热原理  16-17
  2.2 集肤效应与透入深度  17-19
    2.2.1 集肤效应  17-18
    2.2.2 透入深度  18-19
  2.3 感应加热的能量损失  19-20
    2.3.1 热传导定律  19
    2.3.2 对流传热定律  19
    2.3.3 辐射传热定律  19-20
    2.3.4 感应加热系统本身的能量损失  20
  2.4 感应加热的优点  20-21
  2.5 本章小结  21-22
第三章 感应加热有限元计算模型  22-31
  3.1 电磁场有限元数学模型  22-27
    3.1.1 电磁场有限元计算的物理依据  22-26
    3.1.2 电磁场边界条件  26-27
    3.1.3 ANSYS软件中的电磁场分析  27
  3.2 温度场有限元数学模型  27-30
    3.2.1 感应加热温度场数学模型  27-29
    3.2.2 ANSYS软件中的热分析  29-30
  3.3 ANSYS软件中的耦合场  30
  3.4 本章小结  30-31
第四章 有限元模拟计算过程  31-46
  4.1 定义单元类型  31-33
  4.2 定义材料属性  33-35
  4.3 建立几何模型  35-38
    4.3.1 接管焊缝模拟试件建模  35-37
    4.3.2 加氢反应器筒节与筒节环焊缝建模  37-38
  4.4 网格划分  38-42
    4.4.1 接管焊缝试件划分网格  39-40
    4.4.2 加氢反应器筒节与筒节环焊缝划分网格  40-42
  4.5 电流加载方法  42-43
  4.6 耦合计算求解  43-44
  4.7 局部热跟踪技术  44-45
  4.8 本章小结  45-46
第五章 模拟结果分析  46-63
  5.1 接管焊缝试件模拟结果  46-49
  5.2 加氢反应器筒节与筒节环焊缝温度场模拟结果  49-55
  5.3 加氢反应器筒节与筒节环焊缝应力场模拟结果  55-61
    5.3.1 材料弹塑性  56-57
    5.3.2 材料性能的温度相关性  57
    5.3.3 热变形与残余变形  57-58
    5.3.4 热应力与残余热应力  58-61
  5.4 本章小结  61-63
第六章 结论  63-64
参考文献  64-67
致谢  67

相似论文

  1. 双向预置应力控制焊接变形及热裂纹的机制研究,TG404
  2. 整体多层夹紧式高压容器层板残余应力研究,TH49
  3. MEMS加速度计温度场及残余应力模型研究,TH824.4
  4. X射线衍射方法分析单晶镍基合金AM1的残余应力,TG115.22
  5. 磁控轧辊埋弧堆焊热源的数值模拟及实验研究,TG455
  6. 焊接残余应力对LNG船液舱舱壁疲劳寿命的影响,U671.83
  7. 船体型材对接焊数值模拟及优化,U671.8
  8. 闵浦大桥钢结构施工工艺研究,U445.4
  9. 受控激光喷丸强化中残余应力的表征与实验研究,TN249
  10. 深部巷道围岩的导热性试验与温度场分布的研究,TD727
  11. 高温焊接对16MnR钢焊接残余应力的影响及机理,TG404
  12. Zr基大块非晶合金冷轧过程中剪切带、自由体积及硬度的演变,TG339
  13. 超声冲击对钢轨摩擦磨损性能的影响,TG115.58
  14. 温滚压表面强化技术研究,TG376
  15. 电子束焊接接头的疲劳特性及其受残余应力的影响,TG405
  16. 激光熔覆Ti/HA复合材料加工过程热—机械耦合分析与数值模拟,TG174.44
  17. 激光冲击钛合金改善疲劳寿命的模拟与实验研究,TG665
  18. 聚碳酸酯注塑制品环境应力开裂行为研究,TQ320.662
  19. 宽厚比超限的焊接箱形构件残余应力的试验研究与有限元分析,TU391
  20. 基于数值模拟的激光喷丸诱导残余应力场及其疲劳裂纹扩展特性研究,TN249
  21. 基于ANSYS的电渣炉感应加热耦合场的数值模拟,TF061.2

中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属学与热处理 > 热处理 > 基础理论
© 2012 www.xueweilunwen.com