板翅结构换热装置设计制造技术

本书针对不锈钢板翅结构换热装置的制造及其在服役过程中存在的问题，详细介绍了板翅结构的热力与强度设计方法，以及钎焊和扩散焊制造工艺，同时对3D打印制造方法也进行了展望。主要内容包括板翅结构换热装置热力设计方法、钎焊和扩散焊制造工艺、力学性能与微观组织、残余应力、高温蠕变、疲劳强度及等效均匀化强度设计理论；强调板翅结构的热力设计，等温凝固、多尺度调控钎焊工艺及均匀化强度设计理论，所介绍的数值计算方法均经过试验验证，并结合实际案例分析，可为相关工程及科研人员、学生快速准确地进行板翅结构热力设计，焊接残余应力、高温蠕变、疲劳性能分析及钎焊工艺的合理选择提供一定的帮助。

序
前言
第1章 绪论 1
1.1 板翅式换热器 1
1.2 板翅结构热力设计方法的研究进展 1
1.3 板翅结构高温钎焊工艺的研究进展 2
1.4 板翅结构强度的研究进展 4
1.4.1 板翅结构的强度 4
1.4.2 板翅结构的钎焊残余应力 5
1.4.3 板翅结构的高温蠕变 7
1.4.4 板翅结构的疲劳 8
1.5 板翅结构制造与设计存在的科学问题 9
参考文献 11
第2章 板翅结构的热力设计方法 14
2.1 引言 14
2.2 板翅结构的基本型式及应用 15
2.2.1 基本结构型式及特点 15
2.2.2 应用 16
2.3 板翅结构热力设计的基本原则 20
2.3.1 设计条件的确定原则 20
2.3.2 单元尺寸的确定原则 21
2.3.3 结构组装原则 22
2.3.4 通道分配与排列原则 22
2.3.5 翅片选用原则 22
2.3.6 导流片布置原则 23
2.4 板翅结构热力设计方法 23
2.4.1 基本参数 23
2.4.2 传热设计 24
2.4.3 阻力设计 32
2.4.4 强度设计 35
2.4.5 经济核算 36
参考文献 37
第3章 板翅结构钎焊制造工艺 39
3.1 引言 39
3.2 钎焊接头成形的基础理论 40
3.2.1 钎料的润湿、铺展与填缝 40
3.2.2 钎料向母材的扩散 41
3.2.3 母材在液态钎料中的溶解 43
3.3 等温凝固钎焊工艺 44
3.3.1 真空钎焊的工艺流程 45
3.3.2 微观组织与力学性能 48
3.3.3 钎焊工艺对微观组织和力学性能的影响规律 53
3.4 多尺度调控钎焊工艺 66
参考文献 78
第4章 板翅结构的钎焊残余应力分析 80
4.1 引言 80
4.2 板翅结构残余应力的有限元分析 80
4.2.1 几何模型 80
4.2.2 有限元分析思路 81
4.2.3 相关假定 83
4.2.4 网格划分 83
4.2.5 边界条件 83
4.2.6 材料参数 83
4.2.7 计算结果与分析 83
4.3 结构几何参数对残余应力的影响规律 86
4.3.1 钎缝间隙的影响 86
4.3.2 隔板厚度的影响 86
4.3.3 翅片内距的影响 89
4.3.4 翅片内高的影响 90
4.3.5 翅片厚度的影响 90
4.3.6 翅片层数的影响 92
4.3.7 钎焊温度的影响 93
4.3.8 材料不匹配的影响 93
4.3.9 压力的影响 95
参考文献 96
第5章 板翅结构高温蠕变的有限元分析 98
5.1 引言 98
5.2 板翅结构蠕变的有限元模型 99
5.2.1 几何模型 99
5.2.2 网格划分 99
5.2.3 有限元分析策略 100
5.2.4 材料参数 101
5.3 内压作用下的蠕变分析 101
5.4 内压与残余应力共同作用下的蠕变分析 105
5.5 钎缝尺寸效应对板翅结构蠕变的影响 110
5.5.1 钎缝间隙对钎缝蠕变的影响 110
5.5.2 钎缝间隙对翅片蠕变的影响 112
5.5.3 钎缝间隙对隔板蠕变的影响 112
参考文献 113
第6章 板翅结构钎焊接头的疲劳试验与裂纹扩展分析 115
6.1 引言 115
6.2 疲劳试验 115
6.2.1 试验设备 115
6.2.2 试样 116
6.2.3 疲劳试验 116
6.3 疲劳失效机理 117
6.3.1 常温疲劳微观断口分析 117
6.3.2 高温疲劳微观断口分析 119
6.3.3 304不锈钢板翅结构的疲劳断裂机理分析 120
6.4 钎焊接头的疲劳裂纹扩展 122
6.4.1 内聚力模型简介 122
6.4.2 内聚力模型的加卸载定律 123
6.4.3 疲劳损伤理论模型 124
6.4.4 疲劳损伤子程序 127
6.4.5 钎焊接头疲劳的有限元模型 131
6.4.6 结果与讨论 135
参考文献140
第7章 等效均匀化设计理论 142
7.1 引言 142
7.2 均匀化理论 143
7.2.1 基本理论与研究进展 143
7.2.2 均匀化理论在多孔结构中的应用 144
7.3 等效力学性能参数的计算 146
7.3.1 弹性模量Ez的推导 147
7.3.2 弹性模量Ex的推导 148
7.3.3 弹性模量Ey的推导 149
7.3.4 剪切模量Gxy的推导 150
7.3.5 剪切模量Gxz的推导 151
7.3.6 剪切模量Gyz的推导 153
7.3.7 泊松比vyz的推导 154
7.3.8 泊松比vxy的推导 158
7.3.9 泊松比vxz的推导 160
7.4 等效热物性参数的计算 160
7.4.1 导热系数λz的推导 160
7.4.2 导热系数λy的推导 163
7.4.3 导热系数λx的推导 164
7.4.4 热膨胀系数αz的推导 166
7.4.5 热膨胀系数αx的推导 168
7.4.6 热膨胀系数αy的推导 170
7.4.7 等效密度p与等效比热容cp的推导 171
7.5 板翅式换热器等效均匀化强度设计 172
7.5.1 设计方法分析 172
7.5.2 设计用板翅结构应力应变放大系数及其强度试验研究 174
7.6 基于等效均匀化的板翅式换热器强度设计案例分析 177
7.6.1 一次应力分析 177
7.6.2 全尺寸的蠕变疲劳寿命评定 179
参考文献 183
第8章 板翅结构扩散焊制造 186
8.1 扩散焊连接技术 186
8.2 扩散焊连接理论 186
8.2.1 扩散焊连接的形成机理 186
8.2.2 扩散焊连接工艺 187
8.2.3 扩散焊连接界面的空洞闭合模型 195
8.3 板翅结构扩散焊连接未来需要解决的科学问题 196
参考文献 198
第9章 板翅结构增材制造技术的进展及展望 200
9.1 增材制造技术简介 200
9.2 增材制造板翅式换热器的应用现状及展望 203
9.2.1 增材制造板翅式换热器的应用现状 203
9.2.2 增材制造板翅式换热器的应用展望 208
参考文献 210