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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:許峰碩
研究生(外文):Hsu Feng-Shuo
論文名稱:化工熱交換器和壓力容器之有限元素分析及設計改良
論文名稱(外文):Finite Element Analysis and Design Modification of Heat Exchanger and Pressure Vessel for Chemical Industry
指導教授:李春穎李春穎引用關係
指導教授(外文):Lee Chun-Ying
學位類別:碩士
校院名稱:大葉大學
系所名稱:機械工程研究所碩士在職專班
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2007
畢業學年度:95
語文別:中文
論文頁數:73
中文關鍵詞:脹縮接頭楊氏係數抗拉強度降伏強度有限元素法
外文關鍵詞:expanderYoung''s modulustensile strengthyield strength
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中文摘要
本報告主要針對有關化工廠內常見之壓力容器或熱交換器,以現有機械設計手冊內所列及各國法規常用之計算公式,求出熱交換器之設計板厚;再以常用之CAD程式SolidWorks建構熱交換器之實體模型,將實體模型匯入CAE程式ANSYS,代入現場之操作溫度、壓力、固定支撐方式為負載及邊界條件,使用有限元素法求解各應力數值。將模擬之結果進行分析討論,一方面驗證計算公式的合理性,另一方面則是瞭解應力集中分佈之情形。
在這當中以不增加熱交換器殼厚度為原則,使用ANSYS求解出殼體應力集中的部位,並著重於應力集中處施以設計改良,再重複分析求解其改良後之變化,是否與原設計有所改善。以多種不同之改良方式來測試在同一操作壓力及溫度下其應力分佈之改善情形,從中比較出各改良方式之優缺點並分析應力是否有超出降伏強度及抗拉強度,藉以作為日後工程師對壓力容器、熱交換器槽體設計之參考。
ABSTRACT
This report focuses mainly on the analysis of the common pressure container or heat exchanger used in the chemical plant. The formula provided by the design handbook and the design code was employed for finding the required thickness of the container wall for the heat exchanger. The geometrical model prepared by the CAD software SolidWorks was then imported into the CAE software ANSYS for further stress analysis. The internal pressure loading and temperature difference of the heat exchanger under normal operation were imposed on the finite element model. The associated boundary conditions at the supporting stands were also specified accordingly. The simulated results were not only used to validate the design formula but also to find the critical stress concentration sites.
Under the condition of keeping the thickness of exchanger wall unchanged, the simulated result can give the distribution of the structural stresses, and thereby the stress concentration sites. Several effects of the local design modification were discussed. Suggestions on the design guideline were concluded and can provide engineers with useful information on the design of pressure vessels and heat exchanger tanks.
目錄

封面內頁
簽名頁
授權書………………………………………………………………...iii
中文摘要……………………………………………………………...iv
英文摘要……………………………………………………………....v
誌謝…………………………………………………………………...vi
目錄…………………………………………………………………..vii
圖目錄………………………………………………………………...ix
表目錄……………………………………………………………….xiii
符號說明…………………………………………………………….xiv

第一章緒論…………………………………………………………....1
1.1研究動機及目的.......……………………………………..1
1.2研究方法...………………………………………………..2
1.3文獻回顧...………………………………………………..3
1.4本文架構...………………………………………………..6
第二章 壓力容器法規介紹及分析模型之選定……………………8
2.1壓力容器法規介紹及說明……………………………….8
2.2熱交換器種類介紹……………………………………….9
2.3 熱交換器之圖面及操作條件確認……………………..14
2.4 殼部計算公式求解……………………………………..17

第三章 有限元素法之簡述及元素選定 …………………………21
3.1 有限元素法之簡述……………………………………..21
3.2 元素之選定及說明……………..………………………23
第四章 熱交換器有限元素分析…………………………………..26
4.1 熱交換器實體模型建構………………………………..26
4.2 熱交換器網格化製作…………………………………..28
4.3 熱交換器負載及邊界條件設定………………………..30
4.4 熱交換器有限元素分析及設計改良…………………..32
4.5 熱交換器位移量分析及實例驗證………………………61
第五章 結論及建議………………………………………………..70
5.1 結論……………………………………………………..70
5.2建議……………………………………………………...71
參考文獻……………………………………………………………..73
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