WWW.MASH.DOBROTA.BIZ
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - онлайн публикации
 

«ТЕПЛООБМЕННИКЕ НА НЕСТАЦИОНАРНЫХ РЕЖИМАХ РАБОТЫ Исхаков В.С. ОАО НПО «Наука» д.т.н. проф. Меркулов В.И., Сугоняев М.В. МГТУ «МАМИ» mv.sugonyaev 8-916-456-82-91 Опыт эксплуатации ...»

Секция 2 «ПОРШНЕВЫЕ И ГАЗОТУРБИННЫЕ ДВИГАТЕЛИ»

РАСЧЕТ ТЕРМИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ В ПЛАСТИНЧАТОМ

ТЕПЛООБМЕННИКЕ НА НЕСТАЦИОНАРНЫХ РЕЖИМАХ РАБОТЫ

Исхаков В.С .

ОАО НПО «Наука»

д.т.н. проф. Меркулов В.И., Сугоняев М.В .

МГТУ «МАМИ»

mv.sugonyaev@gmail.com 8-916-456-82-91

Опыт эксплуатации пластинчатого воздухо-воздушного теплообменника показывает

появление в его матрице трещин и, соответственно, наличия проблем с прочностью на переходных режимах работы. Основной причиной растрескивания теплообменника является значительная температурная неравномерность между его корпусом и матрицей и отсутствие в конструкции теплообменника компенсации термических расширений .

Существует множество режимов работы системы кондиционирования и, соответственно, рассматриваемого теплообменника. Один из наиболее напряженных для теплообменника является режим пуска с температурами горячего и холодного (продувочного) воздуха плюс 2100С и минус 400С соответственно. Выбор режима предопределяется максимальной разностью температур. Этот режим и был взят в качестве рассматриваемого расчетного режима для моделирования течения теплоносителей в теплообменнике на режиме запуска системы кондиционирования .

В качестве предложений по решению существующей проблемы предлагается усовершенствованная модель теплообменника с заблокированными крайними каналами течения горячего теплоносителя (рис.1) .

Все расчеты проводились в конечно-элементном программном комплексе Ansys во временном интервале 0-25 сек .

Рисунок 1 - Слева – расчетная модель матрицы теплообменника с блокированными крайними каналами течения горячего теплоносителя В модель расчета температурных полей входит теплообменник с входным и выходным коллекторами (рис.2), а в модель расчета термонапряжений – матрица теплообменника двух видов – исходной модели теплообменника и предложенной к рассмотрению .

Первоначально расчеты напряжений проводились в упругой постановке .

Модуль упругости и коэффициент температурного расширения материала теплообменника в расчетах принимались равными:

Е=7·1010 Па и =1.96·10-5 1/K

МАТЕРИАЛЫ 77-Й МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ ААИ

«АВТОМОБИЛЕ- И ТРАКТОРОСТРОЕНИЕ В РОССИИ: ПРИОРИТЕТЫ РАЗВИТИЯ И ПОДГОТОВКА

КАДРОВ»

Секция 2 «ПОРШНЕВЫЕ И ГАЗОТУРБИННЫЕ ДВИГАТЕЛИ»

В результате решения поставленной задачи были получены картины температурного состояния и распределение напряжений в матрице в интервале 0-25сек с шагом 2,5 сек .

Рисунок 2 - Расчетная модель теплообменника По данным проанализированного расчета был построен график поведения максимальных эквивалентных напряжений в матрице теплообменника в зависимости от времени прогрева матрицы (рис.3) .

Рисунок 3 - График зависимости значений максимальных эквивалентных напряжений в матрице теплообменника от текущего времени испытаний Как видно из графика, с течением времени напряжения существенно растут и достигают максимума через 15-20сек от начала запуска. В это же время температурное поле теплообменника (матрицы и корпуса) практически достигает стационарного при работе системы .

Для дальнейшего анализа и наглядного изображения полученных результатов выбираем временную точку 10сек .

МАТЕРИАЛЫ 77-Й МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ ААИ





«АВТОМОБИЛЕ- И ТРАКТОРОСТРОЕНИЕ В РОССИИ: ПРИОРИТЕТЫ РАЗВИТИЯ И ПОДГОТОВКА

КАДРОВ»

Секция 2 «ПОРШНЕВЫЕ И ГАЗОТУРБИННЫЕ ДВИГАТЕЛИ»

На рис.4-7 представлено сравнение температурных полей и распределение эквивалентных напряжений в существующей конструкции теплообменника с конструкцией с заблокированными каналами .

Рисунок 4 - Распределение температур в теплообменнике исходной конструкции через 10 сек после начала моделирования Рисунок 5 - Эквивалентные напряжения в теплообменнике исходной конструкции через 10 сек после начала моделирования

МАТЕРИАЛЫ 77-Й МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ ААИ

«АВТОМОБИЛЕ- И ТРАКТОРОСТРОЕНИЕ В РОССИИ: ПРИОРИТЕТЫ РАЗВИТИЯ И ПОДГОТОВКА

КАДРОВ»

Секция 2 «ПОРШНЕВЫЕ И ГАЗОТУРБИННЫЕ ДВИГАТЕЛИ»

–  –  –

Рисунок 7 - Эквивалентные напряжения в теплообменнике новой конструкции через 10 сек после начала моделирования

МАТЕРИАЛЫ 77-Й МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ ААИ

«АВТОМОБИЛЕ- И ТРАКТОРОСТРОЕНИЕ В РОССИИ: ПРИОРИТЕТЫ РАЗВИТИЯ И ПОДГОТОВКА

КАДРОВ»

Секция 2 «ПОРШНЕВЫЕ И ГАЗОТУРБИННЫЕ ДВИГАТЕЛИ»

Местами максимальных напряжений во всех случаях являются концы ближайших к боковым стенкам корпуса брусков. Объясняется это имеющейся существенной разностью средних температур уже прогретых брусков и холодных боковин корпуса на переходных режимах, а также конструкцией теплообменника, в которой не предусмотрена компенсация термических расширений .

По мере отдаления от боковых стенок корпуса уменьшается его жесткость (на рис.8 хорошо видно увеличение прогибов по оси Y средней части корпуса) и, соответственно, снижаются напряжения в матрице .

Рисунок 8 - Деформации в теплообменнике исходной конструкции по оси Y через 10 сек после начала моделирования В результате принятого решения о блокировании крайних каналов горячего теплоносителя - ближайшие к боковинам бруски, при их блокировании, имеют низкую температуру, т.к. в них нет расхода горячего воздуха. Как следствие – снижен эффект большой разности средних температур брусков и боковин корпуса, описанный выше .

Снижение напряжений по сравнению с существующей конструкцией теплообменника 6615А составляет 14% (максимальные напряжения - 541 и 627 МПа соответственно) .

Блокировка двух каналов течения горячего теплоносителя приводит к небольшому увеличению гидравлического сопротивления, по результатам решения оно составляет 2,57 кПа (против 1,52 кПа – в исходной конструкции) при допустимом максимальном значении 15 кПа (данные из технических условий). Однако вести речь о реальном значении гидравлического сопротивления теплообменника невозможно ввиду упрощения расчетной модели матрицы (отсутствуют гофрированные пластины). Но видно, что блокирование каналов приводит лишь к незначительному приросту гидравлического сопротивления .

Опыт решения подобных прочностных задач, учитывающих температурные поля и поля напряжений, показывает, что учет пластических деформаций значительно усложняет задачу, но, в то же время, позволяет реалистичнее смоделировать задачу в среде Ansys и, соответственно, получить качественно более точные численные результаты из-за более точно смоделированного поведения материала матрицы .

Для отработки методики решения была построена экспериментальная упрощенная модель воздухо-воздушного теплообменника, содержащая все типовые элементы .

МАТЕРИАЛЫ 77-Й МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ ААИ

«АВТОМОБИЛЕ- И ТРАКТОРОСТРОЕНИЕ В РОССИИ: ПРИОРИТЕТЫ РАЗВИТИЯ И ПОДГОТОВКА

КАДРОВ»

Секция 2 «ПОРШНЕВЫЕ И ГАЗОТУРБИННЫЕ ДВИГАТЕЛИ»

Рисунок 9 - Экспериментальная модель теплообменника воздухо-воздушного для отработки применения методики расчета При проведении последующих расчетов данные по поведению материала в термонапряженном состоянии брались в соответствии с кривой деформирования сплава АМц-М .

–  –  –

В модель расчета температурных полей и термонапряжений входила матрица теплообменника. Экспериментальные расчеты проводились в стационарном режиме работы теплообменника.

Начальный модуль упругости и коэффициент температурного расширения материала теплообменника в расчетах принимались равными:

Е=7·1010 Па и =1.96·10-5 1/K

МАТЕРИАЛЫ 77-Й МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ ААИ

«АВТОМОБИЛЕ- И ТРАКТОРОСТРОЕНИЕ В РОССИИ: ПРИОРИТЕТЫ РАЗВИТИЯ И ПОДГОТОВКА

КАДРОВ»

Секция 2 «ПОРШНЕВЫЕ И ГАЗОТУРБИННЫЕ ДВИГАТЕЛИ»

–  –  –

Расчет упругопластической задачи проводится по тем же зависимостям, что и упругой .

Основная разница в расчетах в том, что при расчете упругой задачи величина модуля упругости E известна до начала расчета (зависит от материала и температуры) и не меняется по его ходу (задача решается в области действия закона Гука). В случае пластических деформаций - модуль упругости зависит еще от относительной деформации, которая перед расчетом остается неизвестной, поэтому решение упругопластической задачи производится методом последовательных приближений (итераций), используя кривую деформации материала (рис.12) .

Рисунок 12 - Итерационное решение упругопластической задачи

Полученные при первом приближении и начальном заданном модуле упругости Е1 значения напряжения 1 подставляются в кривую деформирования, проецированием получаем точку на кривой деформирования и проводим прямую через точку начала координат и полученную точку, второе приближение считается по тем же зависимостям исходя из условия: E=tg (B2). Расчет ведется до тех пор, пока относительная погрешность последующего расчета не примет удовлетворительные значения (3-5% в зависимости от целей расчета) .

Описанный метод расчета - метод переменных параметров упругости .

По результатам сравнительного анализа двух решений экспериментальной задачи (в упругой и упругопластической постановке) при одинаковых входных данных можно сделать следующие заключения: результирующие максимальные эквивалентные напряжения в задаче с упругопластической постановкой снижены на 29% (92МПа и 64 МПа соответственно) и значительно более близки к реальным значениям напряжений в матрице .

Последним этапом задачи является применение отработанной методики решения задач в упругопластической постановке на предложенной модели теплообменника воздуховоздушного. Расчеты проводились в конечно-элементном программном комплексе Ansys .

В результате расчета получаем поля напряжений матрицы теплообменника .

МАТЕРИАЛЫ 77-Й МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ ААИ

«АВТОМОБИЛЕ- И ТРАКТОРОСТРОЕНИЕ В РОССИИ: ПРИОРИТЕТЫ РАЗВИТИЯ И ПОДГОТОВКА

КАДРОВ»

Секция 2 «ПОРШНЕВЫЕ И ГАЗОТУРБИННЫЕ ДВИГАТЕЛИ»

Снижение максимальных эквивалентных напряжений в задаче с упругопластической постановкой составляет 26% (427 МПа и 318 МПа, соответственно) .

При решении задачи также было установлен факт снижения скоростной неравномерности в матрице теплообменника.

Скоростная неравномерность считалась по данной формуле для поперечных сечений каналов течения горячего теплоносителя (V мин=0 ввиду учета пограничного слоя):

–  –  –

В сечении на выходе из матрицы теплообменника скоростная неравномерность снижена на 3%. Средняя скорость в каналах исходной модели: V ср = 17, 5 м/c, а в предлагаемой модели: V ср = 19, 5 м/c .

Распределение скоростей на выходе из матрицы изображено на рис.13-14 .

–  –  –

1. Блокировка крайних каналов течения горячего теплоносителя приводит к значительному (26%) снижению температурных напряжений в теплообменнике .

2. Блокировка крайних каналов течения горячего теплоносителя приводит к снижению скоростной неравномерности (3%) в матрице теплообменника .

МАТЕРИАЛЫ 77-Й МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ ААИ

«АВТОМОБИЛЕ- И ТРАКТОРОСТРОЕНИЕ В РОССИИ: ПРИОРИТЕТЫ РАЗВИТИЯ И ПОДГОТОВКА

КАДРОВ»

Секция 2 «ПОРШНЕВЫЕ И ГАЗОТУРБИННЫЕ ДВИГАТЕЛИ»

3. Применение методики расчета в упругопластической постановке позволяет более точно оценивать результаты расчетов .

4. Блокировка крайних каналов целиком подразумевается как некий идеальный случай, и представлялся для демонстрации улучшений характеристик теплообменника. На самом деле, этот метод может быть интерпретирован разными способами, в том числе и частичном перекрытии каналов .

–  –  –

1. Кейс В.М., Лондон А.Л. Компактные теплообменники. –М.: Государственное Энергетическое Издательство, 1962. -158с .

2. Гусенков А.П., Котов П.И. Длительная и неизотермическая малоцикловая прочность элементов конструкций. –М.: Машиностроение, 1988. -264с .

МАТЕРИАЛЫ 77-Й МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ ААИ

«АВТОМОБИЛЕ- И ТРАКТОРОСТРОЕНИЕ В РОССИИ: ПРИОРИТЕТЫ РАЗВИТИЯ И ПОДГОТОВКА






Похожие работы:

«УЧЕНЫЕ ЗАПИСКИ КАЗАНСКОГО УНИВЕРСИТЕТА. СЕРИЯ ГУМАНИТАРНЫЕ НАУКИ 2016, Т. 158, кн. 2 ISSN 1815-6126 (Print) С. 625–637 ISSN 2500-2171 (Online) УДК 341.215.43 МЕЖДУНАРОДНО-ПРАВОВОЙ МЕХАНИЗМ РЕАДМИССИИ И ПРИМЕНЕНИЕ УНИВЕРСАЛЬНЫХ СТАНДАРТОВ ПРАВ ЧЕЛОВЕКА ПО ОТНОШЕНИЮ...»

«Приложение Утвержден приказом Министерства образования и науки Российской Федерации от "17" декабря 2010 г. № 1897 ФЕДЕРАЛЬНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ СТАНДАРТ ОСНОВНОГО ОБЩЕГО ОБРАЗОВАНИЯ I. ОБЩ...»

«Здесь знают, как сбываются мечты НОРИЛЬСК РАЗВИВАЕТСЯ 12 июля 2018 года, 18:49 Фото: Агентство развития Норильска Текст: Марина БУШУЕВА Спектакль “Гиперборея плато Путорана”, бизнес-навигатор для предпринимателей, лекции для преподавателей и студентов от известных ученых в сфере металлургии и горной промышленности, арктич...»

«ideas of the future Руководство по эксплуатации AVM-1705 Автомобильный потолочный монитор * В соответствии с проводимой политикой постоянного контроля и совершенствования технических характеристик и дизайна, возможно внесение изменений в данное руководство без предварительного уведомления пользов...»

«Каримова Гульсина Витальевна УДК 621.318.1, 53.082.78 БИСТАБИЛЬНЫЙ ЛИТОЙ АМОРФНЫЙ МИКРОПРОВОД ИЗ Fe-, Fe-Co – СПЛАВОВ В СТЕКЛЯННОЙ ОБОЛОЧКЕ И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ В МАГНИТОМЕТРИИ Специальность: 01.04.01. – Приборы и методы экс...»

«Договор об условиях и порядке предоставления НКО "МОНЕТА.РУ" (ООО) услуги по обслуживанию эмитированных Сторонними кредитными организациями банковских карт физических лиц с применением Интернет-ресурса НКО "МОНЕТА.РУ" (ООО) 1. ТЕРМИНЫ Авторизация – проце...»

«трещин на поверхности ФОЭ при стендовых испытаниях. В тоже время, снижение плотности химических связей сетки в корковом слое образцов с высоким значением изоцианатного индекса видимо повышает стабильность доменной структуры, приводит к улучшению термомеханических свойств и объясняет эффект произрастания трещины из в...»

«Муниципальное автономное дошкольное обраовательное учреждение "Детский сад "Малышок"г. Советский"Проект на тему: "Мир птиц." в старшей группе компенсирующей направленности "Капелька" (5-6 лет) Выполнили: воспитатели старшей группа компенсирующей направленности "Капелька" Синицина Т.А. Пинаева Т.Г. 2015 год Актуальность:...»







 
2019 www.mash.dobrota.biz - «Бесплатная электронная библиотека - онлайн публикации»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.