Расчет химических аппаратов.

[gemini74 0]

Здравствуйте.

Тема будет интересна тем, кто занимается проектированием химических аппаратов, пластиковых , или металлических. Имеется выпарной аппарат, полипропиленовый . Номинальный объем -6,5 м3, рабочий -5 м3.Рабочее давление - разряжение до 0,4 -3 кПа. Рабочая температура жидкости - до 90 град С. Диаметр корпуса - 2000 мм. Есть результаna гидростатического нагружения с учетом температуры на внутренней поверхности стенок. Продел текучести полипропилена [25 МПа ]. Прочность сильно падает с температурой. При 25 град С все нормально. Но при 90 град на стенках выдает неадекватные результаты. Мах напряжение на краю патрубка .  В расчете не учитывается разряжение. Кто подскажет, поделится опытом расчетов на устойчивость сосудов под вакуумом?

 

Изменено В пятницу в 13:08 пользователем gemini74

[Jesse 969]

3 часа назад, gemini74 сказал:

При 25 град С все нормально. Но при 90 град на стенках выдает неадекватные результаты.

у вас неравномерный нагрев или чё?
При равномерном нагреве стеснённых температурных деформаций не будет, ёмкость просто расширится и всё. Ну около заделок может быть чё то.. Уверены что дело в температуре, а не в давлении?

 

3 часа назад, gemini74 сказал:

Кто подскажет, поделится опытом расчетов на устойчивость сосудов под вакуумом?

вот у вас вакуум и вы написали слово "устойчивость". А на потерю устойчивости проверяли? Чтоб не схлопнулся аппарат..

3 часа назад, gemini74 сказал:

выпарной аппарат, полипропиленовый

 

3 часа назад, gemini74 сказал:

Прочность сильно падает с температурой. При 25 град С все нормально. Но при 90 град на стенках выдает неадекватные результаты.

опять таки: от температуры снижается модуль Юнга и предел прочности материала. Вообще говоря, полипропилен - это гиперэластичный материал, и по линейной теории его корректно считать только при малых деформациях..
В общем, попробуйте поиграться в нелинейном расчёте

[gemini74 0]

Нагрев можно сказать равномерный.  Заделки нет , аппарат стоит на полу под собственным весом, магистрали пластиковых  трубопроводов  снизу и сверху на колонне и на корпусе. Как точно происходит процесс я особо не вдавался. Но получается постоянная тепловая нагрузка на стенки до высоты примерно 1500 мм, при общей высоте корпуса диаметром 2000 мм, и высотой этой части аппарата 2000 мм. А выше колонна . В колонне конструкция не особо тяжелая из ярусов метал. тарелок. Дело и в давлении, а вернее в некотором вакууме. Его я не знаю как учесть. И дело в температуре. Материал корпуса полипропилен PP-H, гомо полимерный. Материал библиотечный , тот что был в солиде. В идеале нужно знать функцию его прочности от температуры. Ее трудно где то найти. Если брать температуру нормальную - 25 град. С, т.е без тепловой нагрузки, то проблем нет. Simulftion считает с хорошим запасом. Все зеленое.  А вот с температурой все сильно ухудшается. И это без учета вакуумного разряжения, которое вроде не большое. Я не знаю как правильно поставить задачу на потерю устойчивости с моими данными. Буду пробовать конечно, но пока не знаю смогу ли корректно растолковать результат. 

2 часа назад, Jesse сказал:

у вас неравномерный нагрев или чё?
При равномерном нагреве стеснённых температурных деформаций не будет, ёмкость просто расширится и всё. Ну около заделок может быть чё то.. Уверены что дело в температуре, а не в давлении?

 

вот у вас вакуум и вы написали слово "устойчивость". А на потерю устойчивости проверяли? Чтоб не схлопнулся аппарат..

 

опять таки: от температуры снижается модуль Юнга и предел прочности материала. Вообще говоря, полипропилен - это гиперэластичный материал, и по линейной теории его корректно считать только при малых деформациях..
В общем, попробуйте поиграться в нелинейном расчёте

Про нелинейную задачу не думал. Возможно попробую , если комп осилит. 

[AlexKaz 1 843]

15 часов назад, gemini74 сказал:

Продел текучести полипропилена [25 МПа ]. Прочность сильно падает с температурой. При 25 град С все нормально. Но при 90 град на стенках выдает неадекватные результаты. Мах напряжение на краю патрубка .

По скрину макс. 21 МПа, что ниже предела текучести 25 МПа.

Покажите сетку на патрубке и рядом.

[gemini74 0]

14 минут назад, AlexKaz сказал:

По скрину макс. 21 МПа, что ниже предела текучести 25 МПа.

Покажите сетку на патрубке и рядом.

Вот результат при 90 град. Предыдущий который дан это при 60 град. 

[AlexKaz 1 843]

Вот здесь на стр. 43 нужные данные для разной температуры https://pureadmin.unileoben.ac.at/ws/portalfiles/portal/2471912/AC07081066n01vt.pdf

Обычно в софте есть возможность задать несколько кривых при разных температурах чтобы уточнить расчёт.

кривую упрочнения для t> 80 С можно получить по сути простым масштабированием в Excel по известным двум кривым при 80 и при комнатной.

 

Судя по кривых упрочнения в статье, полимер во фланце уйдёт в текучесть. По это допустимо, при условии если не забывать смотреть на макс деформации. До разрушения далеко.

Upd. Так это не 90С было...

Изменено В субботу в 04:52 пользователем AlexKaz

[gemini74 0]

[AlexKaz 1 843]

2 минуты назад, gemini74 сказал:

Вот результат при 90 град. Предыдущий который дан это при 60 град. 

Фланец закреплён? Какие ГУ на нём?

[gemini74 0]

Нет. Фланец не закреплен будем считать. К нему подходит пластиковый трубопровод с таким же фланцем. Никаких отдельных ГУ нет.

[AlexKaz 1 843]

Температуру 90С задали только на внутренней поверхности? А что на внешней? Комнатная? Если комнатная - на внешней надо задать условия конвекции : комнатную + теплоотдачу в районе 6-10.

Изменено В субботу в 04:56 пользователем AlexKaz

[gemini74 0]

Только что, AlexKaz сказал:

Температуру 90С задали только на внутренней поверхности? А что на внешней? Комнатная? Если комнатная - На внешней надо задать условия конвекции - комнатную + теплоотдачу в районе 6-10.

Да, температура только от жидкости внутри. Наружная не задана. Задачу считал упрощенно без процесса теплообмена. Т.е получилось более критические условия. 

14 минут назад, AlexKaz сказал:

Вот здесь на стр. 33 нужные данные для разной температуры https://pureadmin.unileoben.ac.at/ws/portalfiles/portal/2471912/AC07081066n01vt.pdf

Обычно в софте есть возможность задать несколько кривых при разных температурах чтобы уточнить расчёт.

кривую упрочнения для t> 80 С можно получить по сути простым масштабированием в Excel по известным двум кривым при 80 и при комнатной.

 

Судя по статье, полимер во фланце уйдёт в текучесть. По это допустимо, при условии если не забывать смотреть на макс деформации. До разрушения далеко.

Да, на графиках я так понял сильно падает напряжение разрушения . У них дана температура 80 град. Насчет того , что потек , сомневаюсь , что можно сказать о сохранении работоспособности, даже при малых деформациях. Они получаются в локальных зонах около 3...4 мм. 

[AlexKaz 1 843]

5 часов назад, gemini74 сказал:

получилось более критические условия. 

Немного не реалистичные. На результатах вероятно не сильно скажется. Стенка не теплоизолирована, поэтому конвекция нужна (если в SW Simulation она не выставлена по умолчанию).

5 часов назад, gemini74 сказал:

деформациях. Они получаются в локальных зонах около 3...4 мм. 

Вы привели абсолютные перемещения, а не деформации.

Два стягивающих пояса из полипропилена?

Как по мне, Simulation намекает, что стык бочки с фланцами нужно вести при большей толщине полипропилена рядом с фланцами. Посмотрите как авиаторы или строители лодок из композитов вживляют такие фланцы и другие элементы в планеры и корпуса. Они не ставят фланец к корпусу под 90 градусов с мелким радиусом перехода.

Изменено В субботу в 10:32 пользователем AlexKaz

[Jesse 969]

4 часа назад, AlexKaz сказал:

Стенка не теплоизолирована, поэтому конвекция нужна (если в SW Simulation она не выставлена по умолчанию).

да там товарищщ @gemini74 просто в статическом расчёте температуру на грань приложил, без предварительно выполненного теплового расчёта..) Поэтому, видимо, такие большие напряжения от температуры.
Обычно сосуды считают в установившемся тепловом режиме, когда вся стенка прогрета одинаково. Да и то это важно когда сосут толстостенный. А тут относительно тонкая стенка, да ещё и перепад темп. достаточно мал..
Чует моё сердце, что свойства материала (коэфф-т темп. расширения, теплопроводнось) криво вбиты..

[vik_q 144]

2 часа назад, Jesse сказал:

Чует моё сердце, что свойства материала (коэфф-т темп. расширения, теплопроводнось) криво вбиты..

Там ещё и стенка крупными солидами.

Вот делали бы стенку шелами - не было бы вопросов про разницу температур :)

 

а почему тема в разделе про флоу?

Изменено В субботу в 17:51 пользователем vik_q

[jtok 839]

Свойства PP от температуры тут немного обсуждали:

 

[gemini74 0]

13.07.2024 в 18:38, Jesse сказал:

да там товарищщ @gemini74 просто в статическом расчёте температуру на грань приложил, без предварительно выполненного теплового расчёта..) Поэтому, видимо, такие большие напряжения от температуры.
Обычно сосуды считают в установившемся тепловом режиме, когда вся стенка прогрета одинаково. Да и то это важно когда сосут толстостенный. А тут относительно тонкая стенка, да ещё и перепад темп. достаточно мал..
Чует моё сердце, что свойства материала (коэфф-т темп. расширения, теплопроводнось) криво вбиты..

Вот два расчета с разными коэффициентами конвективной теплоотдачи. Не знаю , как точно его рассчитать. Задал в первом случае a=4, Во -втором a=40 Вт /м2 *К. В теории он может сильно варьироваться , в сотни раз. Но суть в том, что в стационарном процессе температура на внутренний стороне стенки достигнет 90 град . Свойства материала библиотечные. Может не совсем соответствуют реальной модификации полипропилена.

[Jesse 969]

4 часа назад, gemini74 сказал:

втором a=40 Вт /м2 *К. В теории он может сильно варьироваться , в сотни раз.

Берите худший вариант по перепаду.

Проверьте самое главное коэфф температруного расширения: термические напряжения возникают из-за стесненных температурных перемещений/деформаций, а последние зависят от коэфф темп расширения. Его можно, к слову, сделать зависимым от температуры программе. 

Можно ещё вручную оценку сделать по простой формуле dL= alfa*L*dT, посмотреть на сколько сожмётся обечайка, "сжать" на величину этих деформаций кольцо обечайкм и рассчитать напряжения в ней