实验二换热器壳体应力测定实验

实验二 换热器壳体应力测定实验 一、实验目的 1 ．测定在壳程压力作用下换热器壳体上的应力； 2 ．测定在压力和温度载荷联合作用下换热器壳体上的应力 3 ．掌握电阻应变原理和应力测定方法，熟悉电阻应变仪的使用方法；。 二、实验原理 应力测定中通常用电阻应变仪来测定各点的应变值，然后根据广义胡克定律换算成相应的应力值。换热器壳体可认为是处于二向应力状态，因此，在弹性范围内广义胡克定律表示如下： 周向应力：)(12zE （2 -1 ） 轴向应力：)(12zzE （2 -2 ） 式中E和 分别为设备材料的弹性模量和泊桑比； 和 z 分别为周向应变和轴向应变。电阻应变仪的基本原理就是将应变片电阻的微小变化，用电桥转换成为电压电流的变化。 在正常操作条件下，换热器壳体中的应力是流体压力载荷（壳程压力sp 、管程压力tp ）、温度载荷及重力与支座反力所引起的。由于换热器的轴向弯曲刚度大，重力与支座反力在壳体上产生的弯曲应力相对较小，可以忽略。 因温度载荷只引起轴向应力，当压力载荷和温度载荷联合作用时有： p （2 -3 ） tzpzz （2 -4 ） 式中 p ——压力载荷在换热器壳体中引起的环向应力，MPa ； pz ——压力载荷在换热器壳体中引起的轴向应力，MPa ； tz ——温度载荷在换热器壳体中引起的轴向应力，MPa 。 温度载荷或温差大小的计算应以管程和壳程流体进出换热器壳体的温度值为依据。但在实际试验中，从温度传感器到换热器出入口的过程中有热量损失，所以换热器入口和出口的温度与测得的数据并非一致，换热器入口和出口的温度可估算如下。 如图 2 -1 ，'1T 、'2T 分别为换热器管程热水入口和出口温度，1t 、'2t 分别为换热器壳程冷水入口和出口温度，其中入口温度1t 和测量值是一致的。 图2-1 温度分布示意图 （1）计算'1T 流体流经管路损失的热量等于流体经过管壁传出的热量，因管内为水，管外为空气（设温度为t0），总传热系数K 可近似等于水的传热系数，因此有： )()2('110'11111TTcVtTTKSQpttttt 由此得 ptttttttttptttcVKSTKStKSTcVT22111110111'1 （2-5） 其中： 11titldS， id ——管内径，id =0.025m ； 1tl ——从传感器到换热器热水入口的长度，1tl =0.3m ； 1tK ——从传感器到换热器热水入口管程总传热系数， 14.033.08.011027.0...