[發明專利]一種基于疲勞壽命損傷的光熱太陽能換熱設備設計方法

無效

• 申請號: 201210273464.0
• 申請日: 2012-08-02
• 公開（公告）號: CN102819638A
• 公開（公告）日: 2012-12-12
• 發明（設計）人: 盧日時;張晨;楊曉峰;趙云云;李剛
• 申請（專利權）人: 哈爾濱汽輪機廠輔機工程有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;F28D7/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 高媛

1.一種基于疲勞壽命損傷的光熱太陽能換熱設備設計方法，其特征在于，所述設計方法的具體步驟為：

步驟一、使用常規設計方法確定作為疲勞設計的初步幾何特征尺寸，所述確定疲勞設計的初步幾何特征尺寸的具體過程為：

(1)邊界參數確定：包括管側、殼側流體進出口溫度；管側、殼側壓力；管側、殼側流量；管側、殼側流體物性；

(2)換熱設備材料選擇：根據光熱太陽能設備性能要求及結構特點選擇適用材料；

(3)工藝設計，根據(1)所提供的邊界條件通過熱力計算確定換熱面積、流程、管子根數、管長、布管形式、管口尺寸、設備外徑和設備長度；

(4)結構設計，根據(3)中確定的工藝參數以及(1)中確定的邊界條件進行強度計算確定管板厚度、筒體厚度、封頭厚度和管口壁厚；

步驟二、將常規設計所確定的初步幾何特征尺寸，以及載荷參數、邊界條件和材料屬性通過有限元計算進行應力分析，得到結構各點的應力分布，所述初步幾何特征尺寸為步驟一中的工藝設計參數和結構設計參數，所述載荷參數為內壓、溫度和外載荷；所述邊界條件為邊界約束力、約束位移和約束轉角；所述材料屬性為彈性模量、泊松比和密度；所述結構各點的應力是按照第三強度理論所計算的應力；

所述有限元計算具體過程為：

(1)建立有限元模型，以初步幾何特征尺寸作為模型基本尺寸進行建模；

(2)有限元前處理，以載荷參數、邊界條件和材料屬性作為有限元計算的前處理求解設置；

(3)有限元計算，得到計算的結構各點的應力分布；

(4)有限元計算后處理；得到各點應力的合應力；

步驟三、針對應力分析結果，利用疲勞損傷評價準則進行評估，通過得到的結構各點的應力分布及各點合應力，找到最大合應力S，得到最大應力強度S_alt＝S/2，根據最大應力強度S_alt，通過設計疲勞曲線圖對應的數據表的數據和插值公式其中S_i＞S_alt＞S_j，計算得到最大應力強度S_alt時的理論循環次數N，利用得到最大應力強度S_alt時的使用系數U，其中n為實際循環次數，如評估結論不滿足U＜1的疲勞載荷的基本要求，分別修改結構尺寸和/或材料并重新返回步驟二進行應力分析，直至評估結論滿足U＜1的疲勞載荷基本要求；

步驟四、疲勞損傷評價結論滿足U＜1的疲勞載荷基本要求后，按照步驟二中確定的初步幾何特征尺寸對設備進行詳細設計；

步驟五、確定制造、檢驗和驗收的技術要求。