保温管
管道保温材料主要有:岩棉、耐高温玻璃棉、硅酸铝、微孔硅酸钙、复合硅酸盐、管道支架、热收缩带、聚氨酯组合料等。
保温材料的要求:保温性能好。导热系数是保温材料较重要的性质,作为保温材料要求导热系数越小越好。保温材料的导热系数主要取决于其内所含空气泡或空气层的大小及其分布状态,与构成保温材料的固体性质关系较小。耐温性好,性能稳定,能长期使用。不同的保温材料有不同的使用温度范围。容重小,一般不宜**过600kg/m3。容重小,不但导热系数低,而且可以减轻保温管道的支架。有一定的机械强度,能满足施工的要求,一般其抗压强度应≥0.3MPa。无DU,对金属无腐蚀作用。可燃物和水分含量较少,易于加工成型。
由于保温管相互接触的不同结构体或同一结构体的不同部分之间的热膨胀系数不匹配,在加热或冷却时彼此的膨胀或者收缩程度不一致,从而导致保温管热应力的产生。
热应力问题实际上就是热和应力两个物理场之间的相互作用,故属于耦合场分析问题。与其他耦合场的分析方法类似,ANSYS提供两种分析热应力的方法:直接法和间接法。
(1)间接法:先进行热分析,然后将求得的节点温度作为载荷施加到结构应力分析中。
(2)直接法:直接采用具有温度和位移自由度的耦合单元,同时得到热分析和结构应力分析的结果。直接法又分弱耦合和强耦合。
某液体管路内部通有液体,外部包有保温层,保温三通,保温层与空气接触,结构如图2.1所示。已知管路由铸铁制造,其导热系数为70W/(m·℃),弹性模量为200GPa,泊松比为0.3,热膨胀系数为1.2×10-5/℃;保温层的导热系数为0.02W/(m·℃),弹性模量为20GPa,泊松比为0.4,热膨胀系数为1.2×10-5/℃;管路内液体压力0.3MPa,温度为70℃,对流换热系数为1W/(m2·℃);空气温度为-40℃,对流换热系数为0.5W/(m2·℃)。试分析管路内热应力情况。
问题分析:根据结构的对称性,采用轴对称单元计算。轴对称模型在*(1)象限建模,对称轴是Y轴,太原保温三通,XYZ分别表示径向、轴向和周向(环向)。热力耦合单元采用**NE223,具有温度自由度和结构位移自由度。采用国际单位制。
计算结果:有保温管,保温三通价格,热分析后管道的温度为45.1℃。内压与温差作用下,应力见各向应力云图、*三强度和*四强度相当应力。计算结果与间接法一致。