基于数值传热的高温液体容器壁厚监测系统研究-建筑与土木工程专业论文.docxVIP

Classified Index: TU833.1 U.D.C: 697 Dissertation for the Master Degree in Engineering MONITORING SYSTEM FOE HIGH TEMPERATURE HEAT TRANSFER LIQUID CONTAINER BASED ON THE THICKNESS VALUE Candidate： Shao Bohan Supervisor： Associate Prof. Zhang Chenghu Academic Degree Applied for： Master of Engineering Speciality： Building and Civil Engineering Affiliation： School of Municipal Environmental Engineering Date of Defence： June, 2015 Degree-Conferring-Institution： Harbin Institute of Technology 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 I I 摘 要 由于当今社会的不断发展，钢铁、水泥等工业行业的设备越来越大型，使 用条件越来越高，因此很多的容器和管道特别容易产生损坏和剥落等现象而导 致大型事故的发生。如何能准确针对高温储运设备进行厚度监测，是目前需要 解决的问题，也是本文要解决的问题。本文主要基于传热的数值计算方法研发 一套高温液体容器壁厚在线监测的原理、技术和实施系统。 （1）高温容器壁的热力测厚原理与技术方案研究。通过对整个传热过程 分析，研究其导热、热对流以及热辐射的综合传热过程，找到厚度与各参数如 结构参数与物性参数、温度等之间的关系，根据各参数之间的关系提出热力测 厚的原理。在热力测厚原理的基础上，提出多个技术实施方案。 （2）热力测厚的传热数值计算方法研究。重点解决：基于壁厚修正与迭 代计算的求解方法；ANSYS 软件中容器结构的参数化建模应用方法；高温液 体对流与容器壁导热的流固耦合传热计算方法；MATLAB 与 ANSYS 联合计 算的数据交换方法；基于热流密度偏差的壁厚修正方法。实现了热力测厚的传 热数值计算，适用性广，不只局限于规则容器。 （3）壁厚迭代初始值取值方法及热力测厚的精度研究。对比分析多种壁 厚迭代初始值取值方法的优劣，确定将一维条件下的厚度计算数据作为迭代初 始值。为了针对热力测厚方法的主要影响因素进行分析，推导了一维稳态导热 情况下的厚度求解公式，并进行各因素的误差分析，寻求热力测厚监测系统中 产生误差的主要原因，并确定技术的适用条件及提高精度的方法。 （4）热力测厚的实验方案与验证研究。基于一维稳态导热测厚原理，设 计了一个内表面分别带有半球形凹陷、圆锥形凹陷、长条形凹陷、半圆柱形凹 陷和斜面的实验模具，实验过程中模具内壁面温度可高达 350℃，实验结果的 分析表明，一维热力测厚的误差在 10%~18%之间，证明了本文提出的基于数 值传热的高温液体容器壁厚监测原理与方法的正确性和技术可行性。 本文提出的基于数值传热的高温液体容器壁厚监测原理与方法可为钢铁、 食品、水泥等工业行业的高温液体容器的安全运行提供技术保障。 关键词 热力测厚；数值传热；监测系统；实验分析 II II Abstract Due to the continuous development of todays society, more and more demand for energy, resulting in growing energy industry equipment, conditions become increasingly demanding, so a lot of vessels and piping are particularly vulnerable to damage and peeling phenomenon caused by large-scale accidents. How can the thickness and accurate monitoring for high temperature storage and transportation equipment, is the need to address the issue, but also to solve the problem of this article. This article is based on research and development of a numerical calc