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减压填料塔内部结构失效分析研究

作　者: 王玉博
导　师: 仇性启
学　校: 中国石油大学
专　业: 动力工程及工程热物理
关键词: 减压塔填料应力腐蚀疲劳寿命诱发振动
分类号: TQ053.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

本文对减压填料塔的内流场及内部结构诱发振动进行了分析，研究了减压填料塔内部流体的流动特点，以及流体诱发填料振动对结构破坏的影响。结合减压填料塔的内部结构及其工作原理，对填料结构和用于支撑规整填料的栅板进行简化，得到进行减压填料塔内部流场分析的结构模型，通过数学模型的选择以及边界条件的设置，求得减压填料塔内的流场分布情况。通过理论推导，得到流体诱发填料振动产生的结构位移均方根响应函数。结合该函数的特点以及对比分析，得到了影响该函数的因素。在材料应力腐蚀疲劳研究的基础之上，通过经验公式的推导和求解，得出影响填料结构应力腐蚀疲劳寿命的因素，从而为延长填料结构的使用寿命提出了建议和改进方向。研究表明：由于液相流体在填料表面形成一层很薄的液膜，使得气相流体在填料表面的分布几乎为零；规整填料导致气相流体在填料内的体积分布和速度分布具有一定的规律性，但是由于填料结构比较复杂，这种规律性没有显示出对称性。气相流体由于入口效应的存在，气相流体在进入填料底部或栅板底部时具有较高的湍动能损失。由于减压填料塔内部的工作介质在常温下即具有一定的腐蚀性，同时减压填料塔内部的工作温度在一个很高的范围内进行较小的波动，这就导致介质对填料塔内部结构的腐蚀性能得到了显著的提升。由于填料塔内气相流体的流动诱发填料内部结构发生一定频率的振动，同时结构上还存在一定数值的应力，致使在填料内部结构上形成循环应力的作用。在腐蚀和循环应力载荷的双重作用下，填料塔内部结构发生应力腐蚀疲劳，在结构表面形成的裂纹逐渐扩散，最终导致填料塔内部结构的失效、破坏。同时，根据理论研究及公式推导，得到了影响这种破坏的因素，其中包括气相流体的流速以及规整填料的高度等。文章从规整填料的高度出发，研究其对规整填料发生应力腐蚀疲劳的影响。结果表明，通过优化规整填料的高度，能够有效地延缓规整填料发生应力腐蚀疲劳的时间，从而提高其使用寿命。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第一章绪论  10-17
  1.1 课题意义  10
  1.2 研究现状  10-15
    1.2.1 国内研究现状  11-12
    1.2.2 国外研究现状  12-13
    1.2.3 结构腐蚀疲劳研究  13-14
    1.2.4 流体诱发振动研究现状  14-15
  1.3 研究内容及方法  15-17
    1.3.1 内流场特性研究  15
    1.3.2 应力腐蚀疲劳研究  15-17
第二章减压填料塔  17-20
  2.1 规整填料  17-18
  2.2 液体分布器  18
  2.3 高性能填料支撑  18-20
第三章填料内流场研究  20-34
  3.1 填料物理模型  20-21
  3.2 模型边界条件  21-24
    3.2.1 流体入口、出口  22
    3.2.2 流体工况参数  22
    3.2.3 流体流动参数  22-24
  3.3 多相流模型  24-25
  3.4 模型内流场的流量报告  25
  3.5 模型内流场分析  25-34
    3.5.1 数据点选取  26-27
    3.5.2 填料内流场特性研究  27-34
第四章栅板内流场研究  34-44
  4.1 栅板结构  34-35
  4.2 内流场分析模型  35-38
    4.2.1 湍流发展区  35-36
    4.2.2 栅板物理模型  36-37
    4.2.3 多相流模型  37
    4.2.4 条件设置  37-38
  4.3 栅板内流场研究  38-44
    4.3.1 气相流体速率分布  38-40
    4.3.2 栅板内流场特性  40-44
第五章流体诱发结构振动  44-56
  5.1 流体诱发振动  44-45
  5.2 填料模型  45-47
  5.3 流体诱发振动研究  47-54
    5.3.1 模型参数  47-48
    5.3.2 流体参数  48-49
    5.3.3 振型耦合度函数J  49-51
    5.3.4 交叉功率谱函数S_p ( )  51
    5.3.5 薄壁圆管单位长度的质量  51
    5.3.6 阻尼系数  51-52
    5.3.7 圆管共振响应  52-54
  5.4 流体诱发结构振动分析  54-56
第六章腐蚀疲劳破坏研究  56-69
  6.1 环境腐蚀性研究  57-58
  6.2 腐蚀疲劳研究  58-61
  6.3 填料腐蚀疲劳破坏  61-62
  6.4 应力腐蚀疲劳研究  62-69
    6.4.1 对比工况选型  62
    6.4.2 基波共振研究  62-67
    6.4.3 腐蚀疲劳寿命研究  67-69
第七章结论与展望  69-71
  7.1 结论  69
  7.2 展望  69-71
参考文献  71-74
附录一流体诱发结构振动响应 C 语言程序  74-76
附录二流体诱发结构振动响应曲线程序  76-77
攻读硕士期间取得的学术成果  77-78
致谢  78

减压填料塔内部结构失效分析研究

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