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探讨金属补偿器温度场模拟与隔热层设计

作 者:江苏远星关注:323发表时间:2018-06-04 08:52:26来源:江苏远星

管道中的 金属补偿器 分为热壁设计或冷壁设计,热壁设计指的是 金属补偿器的波纹管不经过隔热,与介质直接接触的情形;冷壁设计指波纹管通过隔热层降温,使其实际工作温度比介质温度低的设计方法。

金属补偿器使用热壁设计,若此时波纹管温度超出了材料的允许工作温度上限,就需要通过隔热设计来降低波纹管的实际工作温度。

对于复杂隔热保温结构的冷壁金属补偿器,进行补偿器的简化传热计算容易出现计算温度偏低,隔热层厚度选取的偏高,造成金属补偿器在实际运行中波纹管温度低于介质露点的情形。此时波纹管容易产生露点腐蚀,并导致金属补偿器失效,发生介质泄露,对设备及管道的安全运行造成重大影响。

为了更加准确的预测金属补偿器在工况条件下的温度分布,江苏远星进行了补偿器的温度场模拟,得出各元件的温度变化范围,为补偿器的设计中避开有害温度(如酸露点,波纹管材质的敏化温度)提供依据和参考。研究了隔热层设计厚度的变化对波纹管工作温度的影响,为金属补偿器的隔热设计提供了参考依据。

根据材料的热物理性质手册,隔热保温材料的导热系数是温度的函数,并且求解腔体的当量导热系数时也需要知道界面温度。

金属补偿器在工作状态下,介质流入和流出的热量之差等于金属补偿器散出的热量。流体介质作为热源,与补偿器进行强迫对流换热,补偿器与周围空气形成了对流换热和辐射换热。金属补偿器各部件传热遵循傅立叶导热定律,补偿器的热量主要来自工作介质,因此金属补偿器温度场分析属于无内热源的温度热分析。

在ANSYS中建立数值模拟的几何模型,对传热影响不大和对整体温度分布影响较小的结构省略,同时认为各材料之间接触是完全导热的,忽略不同材料贴合间隙的导热热阻,对隔热层与波纹管及波纹管与外保温层之间的空间传热以当量烟气热导率处理。

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