填充床熔盐蓄热器的动态温度与应力特性北大核心CSCD

建立了填充床熔盐蓄热器的热-力耦合数值模型,基于此模型,研究了多次蓄-放热循环下罐体壁面温度与应力的动态变化特性,并探讨了蓄热罐体产生高温蠕变与塑性屈服的失效区域。结果表明:单次蓄-放热循环中,①壁面温度呈4个阶段的变化趋势,即蓄热时的急剧温升与稳定阶段,放热时的缓慢温降与急剧下降阶段,且大部分罐壁均会产生蠕变现象;②筒节1~5的壁面处于低应力水平的弹性状态,壁板底端存在应力集中导致的塑性屈服现象,且峰值应力在蓄热时呈逐渐上升、放热时逐渐下降的变化趋势;多次蓄-放热循环中,①罐壁最高温度在631~836 K之间呈周期性变化,随着循环次数的增加,处于弹性状态的壁面在低应力与蠕变的作用下损伤累积,增加了蓄热器失效的风险;②内壁面峰值应力在275~423 MPa之间呈周期性变化,使得蓄热罐体可能会产生高应力(大于屈服强度)引起的低周疲劳断裂失效现象。本研究可为开展填充床蓄热器的动态应力疲劳寿命评估提供有效参考方法。     

带有冷却熔盐的单罐蓄热过程数值模拟

本文对具有冷却熔盐的单罐蓄热储罐进行研究,考虑了冷却熔盐流速及流动方向、蓄热罐直径、高径比对蓄热储罐的影响。结果表明,在蓄热过程中,较低的冷却熔盐流速不会对蓄热区温度场造成影响,但能够明显降低内筒峰值壁温,有助于改善单罐蓄热的热棘轮效应;同等储热容积情况下,高径比越小,待机时通过内筒散热损失越小;在2h以内的蓄热待机情况下,受压外壁区域的熔盐温度低于碳钢、低合金钢最高使用温度,采用合理的壁温监控手段,可以使用成本较低的碳钢、低合金钢材料作为受压罐体,降低单罐蓄热的初始投资。     

超超临界汽轮机转子X12CrMoWVNbB10-1-1钢棘轮效应的试验研究

以超超临界汽轮机转子材料X12CrMoWVNbB10-1-1钢为对象,研究了在蠕变疲劳栽荷下该材料的棘轮效应,探讨了在高温环境下不同峰值保持时间对棘轮效应的影响以及蠕变和棘轮之间的交互作用,并分析了棘轮效应的存在对寿命评估的影响.结果表明:保持时间会影响纯交变载荷下产生的非弹性应变循环累积εR1,在较低保持时间时,εR1不会出现安定现象,从而抑制了保持时间段内产生的蠕变应变循环累积εR2的演化;εR2对材料寿命的影响可以归类为与时间有关的蠕变损伤;提出采用εR1和循环塑性应变之和来度量棘轮应变εR1的损伤;针对不同的损伤机制,利用分区分析的方法可以进行精确的寿命评估.     

金属蠕变疲劳寿命预估模型研究进展

高温变载荷作用下的构件易发生蠕变疲劳损伤断裂,严重影响设备的安全运行。蠕变疲劳交互作用下的寿命预测是材料结构完整性的重要要素。综述了影响金属蠕变疲劳寿命的因素,并基于线性累积损伤法、延性耗损法、Manson-coffin方程、频率修正法与频率分离法、平均应变速率寿命预测模型、延性耗竭模型、能量守恒蠕变疲劳交互寿命模型、延性耗竭与损伤力学蠕变疲劳寿命预估模型等方面探讨了国内外金属材料在疲劳-蠕变寿命交互作用下的寿命预测模型。最后,基于目前蠕变疲劳寿命预估模型存在的问题,对蠕变疲劳寿命预估模型进行了展望。     

新的蠕变-疲劳耦合损伤下活塞热-机疲劳寿命预测方法

建立了一种新的蠕变-疲劳非线性耦合损伤下铸铝合金材料热-机疲劳寿命预测模型,开展了铸铝合金材料力学性能与蠕变-疲劳试验测试,对寿命预测模型进行了验证.其次,对比活塞热-机耦合有限元计算结果与温度场测试结果,对有限元模型进行了验证.最后,用新的热-机疲劳寿命预测模型对活塞的热-机疲劳寿命进行了预测.结果表明：新的蠕变-疲劳寿命预测模型预测结果均位于2倍误差带内,该模型具备良好的寿命预测能力;活塞热-机蠕变-疲劳耦合损伤中蠕变损伤占比较大,约为53.9%;活塞热-机蠕变-疲劳耦合损伤关键区域位于活塞销座与加强肋连接处,活塞在热-机载荷耦合作用下的热-机疲劳循环寿命为4 290,满足可靠性要求.     

熔盐储罐预热过程优化研究

基于CFD方法研究阶梯式预热过程中熔盐储罐温度分布和热应力分布,并分析温度端差和预热气体入口流量等参数对预热时间和罐体最大热应力的影响。结果表明：温度端差和质量流量各增加1倍时,预热时间分别缩短78.1%和61.5%,温度端差比质量流量对熔盐储罐预热过程的影响更显著。     

太阳能熔盐吸热器热防护特性研究

针对外置式熔盐吸热器保温防护问题,搭建熔盐吸热器实验系统,通过调节氙灯模拟云遮工况,研究加装保温防护结构前后吸热器在辐射消失后的温降特性。发现采用6 cm厚硅酸铝保温棉作为防护材料,与吸热器表面间隔3 cm布置时,吸热器温度降低到熔盐凝固点附近的时间由120 s延长至560 s,运行操作时间增加3.5倍。通过增加保温防护结构可有效减缓云层遮挡后吸热器的温降速度,在熔盐凝固前争取更多操作时间,为我国多云气候特征下熔盐吸热器的安全运行提供借鉴。     

风速对成品油库储罐池火灾热辐射分布的影响研究

为了解风速对成品油库大型储罐池火灾事故发生后的池火火焰形态、热辐射分布以及对邻近储罐的影响,利用FLUENT软件,以全液面池火灾为基础,建立了有风工况和无风工况下50 000 m~3汽油储罐的事故模型。模拟发现:按照我国现行规范划定的储罐间间距,在发生单罐池火灾后,其邻近罐在任何风速工况下所接收到的热辐射值均在临界热辐射值13.5 kW/m~2之上;随着风速增大,强辐射区域逐渐由油池上方空间向油池下风方向空间蔓延,引起下风方向储罐二次事故的发生;事故罐邻近储罐,沿罐壁高度方向,热辐射值相差达22.1 kW/m~3,易造成储罐局部损坏。     

高温环境下蠕变疲劳交互作用损伤力学研究

应力控制下的疲劳、蠕变及其交互作用损伤实际上是循环蠕变、静蠕变引起的材料延性不断耗竭的过程，本文在延性耗竭理论和损伤力学有效应力概念的基础上．对疲劳蠕变交互作用损伤演化进行了研究，提出了一个新的疲劳蠕变交互作用损伤模型．采用非弹性应变能密度变化作为损伤参量定义损伤变量。通过耐热钢1.25Cr0.5Mo光滑试样高温环境下应力控制的梯形波加载试验．验证上述疲劳蠕变交互作用模型，最终得到了1.25Cr0.5Mo钢540℃下不同最大应力、不同应力幅组合条件下的损伤演化统一表达式，试验损伤点与该模型的损伤演化规律符合较好．表明该模型和损伤变量适合于疲劳蠕变交互作用下的损伤描述．     

汽轮机转子钢疲劳—蠕变交互作用

本文对我国电站汽轮机常用的30Cr2MoV转子钢疲劳—蠕变交互作用进行了试验研究。根据火电厂转子运行工况,选择了不同保载时间,进行裂纹扩展试验。结果表明,这种材料在运行工况下存在疲劳—蠕变交互作用;随着保载时间的增加,裂纹扩展速率增加,寿命大大降低。断口分析发现,断面有沿晶断裂,且呈现“r”型空洞。运用线性累积损伤方法计算该转子钢疲劳—蠕变交互作用系数B=1.47～3.95,提出了交互作用下的裂纹扩展判据。     

喷射火环境下液化气储罐热响应行为数值模拟

应用CFD软件Fluent6.3对液化气（liquefied petroleum gas,LPG）储罐在火灾条件下的热响应过程进行了三维数值模拟。研究了喷射火作用下LPG储罐罐壁温度、内部介质温度和压力响应的特点,分析了液相介质充装率和储罐壁厚对储罐热响应的影响。结果表明,液相介质充装率越高,储罐失效时间越短,并且当充装率为60%~85%时储罐的失效时间下降更加明显;储罐壁厚越厚,火焰作用下升压越慢,当壁厚大于14mm时,壁厚对储罐升压的影响明显变小。据此,可选择合适的充装率和合理的壁厚以减缓储罐的升压速度,为预防和控制液化气储罐事故的发生争取时间。     

大型熔盐储罐罐顶非线性屈曲分析

本文利用ANSYS Workbench软件对某大型熔盐储罐罐顶网壳进行了非线性屈曲分析,并参考《空间网格结构技术规程》对其进行了刚度和稳定性的校核,为类似大型储罐罐顶稳定性设计提供一定参考。     

高温对发动机气门磨损特性影响的试验研究

根据摩擦学原理，采用动态磨损模拟试验和表面微观分析研究的方法和技术，对气门动态磨损特性进行了系统的试验研究。着重温度对气门材料的力学性能、蠕变和疲劳裂纹形成与扩张的影响等问题进行分析和研究。结果表明：气门接触面是以反得弹，塑性疲劳变形和金属滑动而产生的疲劳裂纹，片状疲劳剥落，最终导致气的失效；而材料在高温下产生的变形滑移和蠕变又是促使气门疲劳点蚀和剥落磨损加速的主要原因。     

基于FEMFAT的柴油机活塞低周热疲劳寿命预测

我们应用abaqus有限元分析软件,对某型柴油机活塞进行了起停工况下活塞温度场、材料高温下塑性及蠕变性能的应力应变场计算。采用FEMFAT疲劳分析软件进行了活塞低周热疲劳寿命的预测,分别考虑了疲劳及蠕变损伤的影响,为柴油机活塞的研发及结构改进设计提供参考。     

304型不锈钢蠕变-疲劳损伤预测和剩余寿命评定

前言最近几年来,火力发电厂延长寿命的紧迫问题是对用于高温、长时的结构材料的损伤预测和剩余寿命评定。高温服役的材料,不仅承受纯蠕变或纯疲劳损伤,而且还承受机械应力和热应力造成的更复杂的蠕变—疲劳交互作用损伤。由于蠕变或疲劳作用下断裂和变形具有不旧样式,所以在蠕变—疲劳交互作用下的剩余寿命及损伤的精确评定相当复杂。为了精确评定蠕变—疲劳损伤,设法使用一些有损和无损试验方法,然而至     

大直径高温熔盐储罐罐顶接管的强度及罐体稳定性分析

随着可再生能源技术的大力发展与应用,对太阳能热发电站中持久储热的钢制储罐的安全性能进行研究具有重要意义。以青海省某塔式太阳能热发电站中直径为25 m的高温熔盐储罐(储热罐)为例,利用ANSYS软件的平面实体轴对称单元建立了储罐有限元模型,着重对储罐顶部与熔盐管道接口处进行了强度和稳定性分析,通过对管道连接部位进行局部精细化建模,施加管口荷载,得到了储罐罐顶及罐体的等效位移、vonMises等效应力分布规律,以及该荷载对罐顶和罐体的屈曲临界荷载的影响。分析结果对今后大直径高温熔盐储罐的设计及施工具有一定的指导意义。     

应用等效应变法的30Cr1Mo1V钢疲劳-蠕变交互作用的试验分析

在540℃和565℃两种温度下进行了30Cr1Mo1V转子钢的疲劳-蠕变交互作用实验.采用Felltham公式建立了应变保持下应力与时间的关系;得到了应变循环幅保持不变、疲劳-蠕变交互作用下的循环应力-应变关系.根据等效应变概念建立了应变-寿命关系,并从分散度因子和标准偏差方面对等效应变法和线性累计损伤法的寿命预测有效性进行了比较;建立了等效应变的临界损伤公式和考虑硬度修正的等效应变寿命关系.试验结果表明,在预测寿命时等效应变法比线性累计损伤法具有更高的精度,等效应变的应力下临界损伤公式能够很好地预测实际损伤,考虑硬度修正的等效应变-寿命曲线和纯疲劳应变-寿命曲线基本一致.图5表2参9     

电极片检测熔盐储罐泄漏的实验研究

提出利用电极片检测熔盐储罐泄漏的方法并实验研究其可行性。结果表明,不同温度的熔盐发生泄漏时,熔盐会使电极片的回路立即形成通路,从而灵敏地检测到熔盐储罐的泄漏。并且,熔盐的运行温度越高、电极片布置位置越靠近地基材料顶部,熔盐泄漏到电极片上时导电性越强,电路中的电流越大,电极片检测熔盐罐泄漏的灵敏性和持续性越好。     

基于应变能密度的X12CrMoWVNbN10-1-1钢的蠕变-疲劳寿命预测模型

根据应力控制下对X12CrMoWVNbN10-1-1钢进行的蠕变-疲劳试验来验证基于应变能密度的蠕变-疲劳寿命预测模型,并对620℃下X12CrMoWVNbN10-1-1钢的弹性应变、塑性应变和蠕变应变进行分析。结果表明:在蠕变-疲劳交互作用下X12CrMoWVNbN10-1-1钢的损伤过程包括3个阶段;一次循环稳定阶段的平均应变能密度与总应变能密度成反比,而总应变能密度与蠕变-疲劳寿命成正比,可选择稳定阶段应变能密度的表达式来预测蠕变-疲劳寿命;在应力控制下X12CrMoWVNbN10-1-1钢的短时保载蠕变-疲劳试验同样可以预测长时保载的蠕变-疲劳寿命,意味着基于应变能密度的蠕变-疲劳寿命预测模型对于X12CrMoWVNbN10-1-1钢也适用。     

柴油机排气歧管热机疲劳失效仿真研究

针对某6缸重型柴油机排气歧管热机疲劳裂纹故障,采用仿真分析的手段对其失效机理进行了相关研究。研究表明:排气歧管在热机工况下,管身主要承受压应力作用,部分区域由于压应力过大发生塑性变形,在冷机工况时由于发生塑性变形的区域不能自由恢复至原状态,应力状态由压应力转化为拉应力,在这种反复拉压应力作用下发生疲劳失效。排气歧管的热机疲劳寿命采用基于Sehitoglu的热机疲劳理论进行了预测评估。