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        TP2短銅管爆破壓力的計(jì)算

        2021-10-12 01:13:52張紅衛(wèi)范有雄劉小寧
        關(guān)鍵詞:光管內(nèi)螺紋銅管

        楊 帆 劉 兵 張紅衛(wèi) 陳 帆 范有雄 劉小寧

        (武漢軟件工程職業(yè)學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院 湖北 武漢:430205)

        工程實(shí)踐中,經(jīng)常采用鋁翅片與軟態(tài)TP2內(nèi)光壁銅管或者內(nèi)螺紋銅管的組合作為熱交換結(jié)構(gòu),銅管外敷設(shè)鋁翅片強(qiáng)化傳熱,銅管內(nèi)往往是輸送有一定工作壓力的氣體或液體。研究表明,當(dāng)銅管外敷設(shè)的鋁翅片有足夠強(qiáng)度與剛度且合理布置其間距時(shí),會(huì)影響軟態(tài)TP2內(nèi)光壁銅管或內(nèi)螺紋銅管的爆破壓力,文獻(xiàn)[1]將軟態(tài)TP2內(nèi)光壁銅管或內(nèi)螺紋銅管分為兩種,一是爆破壓力得到提高的短銅管,二是爆破壓力沒有得到提高的長(zhǎng)銅管;基于試驗(yàn)數(shù)據(jù),分別得到軟態(tài)TP2內(nèi)光壁短銅管或內(nèi)螺紋短銅管的爆破壓力計(jì)算公式[1],但是沒有分析內(nèi)光壁短銅管與內(nèi)螺紋短銅管的爆破壓力是否存在明顯差異。文獻(xiàn)[2]的研究表明,當(dāng)有足夠強(qiáng)度與剛度鋁翅片的布置間距與銅管外直徑之比(長(zhǎng)徑比)相同時(shí),軟態(tài)TP2內(nèi)光壁銅管或內(nèi)螺紋銅管的爆破壓力沒有明顯差異;因此,可將軟態(tài)TP2內(nèi)光壁銅管或內(nèi)螺紋銅管的爆破壓力合并統(tǒng)計(jì),得到計(jì)算軟態(tài)TP2短銅管爆破壓力的經(jīng)驗(yàn)公式,這也是建立分析短銅管爆破壓力可靠性方法的基礎(chǔ)[3-4]。為此,文中將長(zhǎng)徑比作為控制變量,基于軟態(tài)TP2內(nèi)光壁銅管或內(nèi)螺紋短管爆破壓力試驗(yàn)數(shù)據(jù),得到一個(gè)計(jì)算軟態(tài)TP2短銅管爆破壓力的經(jīng)驗(yàn)公式,以及區(qū)分軟態(tài)TP2長(zhǎng)、短銅管的臨界長(zhǎng)徑比。

        1 基本方法

        1.1 短銅管的爆破壓力

        假設(shè)軟態(tài)TP2短銅管爆破壓力公式為[5-11]:

        (1)

        式中,plb、psb分別為軟態(tài)TP2長(zhǎng)、短銅管的爆破壓力,MPa;a,b為經(jīng)驗(yàn)系數(shù),由試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定;L為鋁翅片間距,mm;D0為銅管外直徑,mm。

        計(jì)算軟態(tài)TP2短銅管爆破壓力的中徑公式為[12-13]:

        (2)

        式中,Rm為銅材的抗拉強(qiáng)度,MPa;k為徑比,k=D0/Di;Di為銅管內(nèi)直徑,mm。

        根據(jù)式(1)與式(2)可得:

        對(duì)于n組試驗(yàn)數(shù)據(jù),令:

        (3)

        通過(guò)試驗(yàn)與測(cè)量可得到plb、psb、L、Di與D0,用式(3)計(jì)算可得到xi與yi的均值,即

        (4)

        經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)a與b根據(jù)回歸分析可得:

        (5)

        (6)

        相關(guān)度為:

        (7)

        1.2 區(qū)分長(zhǎng)、短銅管的臨界長(zhǎng)徑比

        當(dāng)psb=plb時(shí),由式(1)與式(2)可得區(qū)分軟態(tài)TP2長(zhǎng)、短銅管的臨界長(zhǎng)徑比公式:

        (8)

        式中,(L/D0)cr為區(qū)分TP2長(zhǎng)、短銅管的臨界長(zhǎng)徑比。

        L/D0<(L/D0)cr為軟態(tài)TP2短銅管,L/D0=(L/D0)cr為臨界TP2銅管,L/D0>(L/D0)cr為軟態(tài)TP2長(zhǎng)銅管。

        2 實(shí)測(cè)爆破壓力及統(tǒng)計(jì)

        通過(guò)試驗(yàn),文獻(xiàn)[1]分別獲得軟態(tài)TP2銅內(nèi)螺紋管與軟態(tài)TP2銅光管在不同長(zhǎng)徑比的40組爆破壓力實(shí)測(cè)數(shù)據(jù);研究表明,當(dāng)長(zhǎng)徑比相同時(shí),內(nèi)螺紋銅管與內(nèi)光壁銅管的爆破壓力實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)無(wú)明顯差異[2];因此,可將軟態(tài)TP2內(nèi)光壁銅管或內(nèi)螺紋銅管的爆破壓力合并統(tǒng)計(jì),見表1。

        表1 不同長(zhǎng)徑比銅管實(shí)測(cè)爆破壓力統(tǒng)計(jì)

        3 短銅管的爆破壓力與臨界長(zhǎng)徑比

        假設(shè)L/D0>10是長(zhǎng)銅管,L/D0≤2.00為短銅管;將表1中L/D0>10與L/D0≤2.00銅管爆破壓力實(shí)測(cè)值代入式(3)~式(7)可得:a=1.1287,b=-0.1172與相關(guān)度r=-0.9798。

        由式(1)可得計(jì)算短銅管爆破壓力的經(jīng)驗(yàn)公式:

        (9)

        當(dāng)psb=plb時(shí),由式(8)或者式(9)可得區(qū)分軟態(tài)TP2長(zhǎng)、短銅管的臨界長(zhǎng)徑比:

        (L/D0)cr=2.8095

        (10)

        由式(10)可知,當(dāng)L/D0<2.8095時(shí)為軟態(tài)TP2短銅管,L/D0=2.8095為臨界TP2銅管,L/D0>2.8095為軟態(tài)TP2長(zhǎng)銅管。

        因此,將L/D0>10視為長(zhǎng)銅管,L/D0≤2.00視為短銅管是合理的。

        4 比較

        為了分析公式的適用性,將文中建立的軟態(tài)TP2銅管公式爆破壓力公式和臨界長(zhǎng)徑比,與軟態(tài)TP2銅光管或者軟態(tài)TP2銅內(nèi)螺紋管爆破壓力公式和臨界長(zhǎng)徑比[1]進(jìn)行比較。在其他條件相同時(shí),軟態(tài)TP2銅光管的臨界長(zhǎng)徑比為[1]:

        (L/D0)cr1=2.6427

        (11)

        式中,(L/D0)cr1為軟態(tài)TP2短銅光管的臨界長(zhǎng)徑比。

        軟態(tài)TP2短銅光管的爆破壓力為[1]:

        (12)

        式中,psb1為軟態(tài)TP2短銅光管的爆破壓力,MPa。

        由式(10)與式(11)可得:

        (L/D0)cr/(L/D0)cr1=1.0631

        表明軟態(tài)TP2銅管與軟態(tài)TP2銅光管臨界長(zhǎng)徑比差異不大。

        由式(9)與式(11)可得:

        當(dāng)L/D0=2.6427~0.25或者L/D0=2.8095~0.25時(shí),psb/psb1=1.0059~0.9916或者psb/psb1=1.0067~0.9916,表明文獻(xiàn)[1]短銅光管與文中短銅管爆破壓力公式計(jì)算無(wú)明顯差異。由以上分析還可知,文獻(xiàn)[1]軟態(tài)TP2短銅光管與文中軟態(tài)TP2短銅管臨界長(zhǎng)徑比的差異對(duì)爆破壓力計(jì)算值的影響也不大。

        軟態(tài)TP2銅內(nèi)螺紋管的臨界長(zhǎng)徑比[1]:

        (L/D0)cr2=2.9100

        (13)

        式中,(L/D0)cr2為軟態(tài)TP2短銅內(nèi)螺紋管的臨界長(zhǎng)徑比。

        由式(10)與式(13)可得:

        (L/D0)cr/(L/D0)cr1=0.9655

        表明軟態(tài)TP2銅管與的銅內(nèi)螺紋管臨界長(zhǎng)徑比差異不大。

        軟態(tài)TP2短銅內(nèi)螺紋管的爆破壓力為[1]:

        (14)

        式中,psb2為軟態(tài)TP2短銅內(nèi)螺紋管的爆破壓力,MPa;(L/D0)cr2為軟態(tài)TP2短銅內(nèi)螺紋管的臨界長(zhǎng)徑比。

        由式(9)與式(14)可得:

        當(dāng)L/D0=2.9100~0.25或者L/D0=2.8095~0.25時(shí),psb/psb1=0.9935~1.0085或者psb/psb1=0.9937~1.0085,表明文獻(xiàn)[1]軟態(tài)TP2短銅內(nèi)螺紋管與文中軟態(tài)TP2短銅管爆破壓力公式計(jì)算無(wú)明顯差異。由以上分析還可知,文獻(xiàn)[1]軟態(tài)TP2短銅內(nèi)螺紋管與文中軟態(tài)TP2短銅管臨界長(zhǎng)徑比的差異對(duì)爆破壓力計(jì)算值的影響也不大。

        根據(jù)以上分析與討論,軟態(tài)TP2內(nèi)光壁銅管與內(nèi)螺紋銅管的爆破壓力可采用式(9)計(jì)算,臨界長(zhǎng)徑比可采用式(10)確定。

        5 結(jié)論

        當(dāng)銅管外敷設(shè)的鋁翅片有足夠強(qiáng)度與剛度并且合理布置其間距時(shí),鋁翅片會(huì)影響軟態(tài)TP2內(nèi)光壁銅管或內(nèi)螺紋銅管的爆破壓力;將鋁翅片的布置間距與銅管外直徑之比(長(zhǎng)徑比)作為控制量,當(dāng)長(zhǎng)徑比相同時(shí),由于軟態(tài)TP2內(nèi)光壁銅管或內(nèi)螺紋銅管的爆破壓力沒有明顯差異,因此,將軟態(tài)TP2內(nèi)光壁銅管或內(nèi)螺紋銅管的爆破壓力合并統(tǒng)計(jì),得到了計(jì)算軟態(tài)TP2短銅管爆破壓力的經(jīng)驗(yàn)公式與臨界長(zhǎng)徑比。

        1)軟態(tài)TP2內(nèi)光壁短銅管或內(nèi)螺紋短銅管的爆破壓力,可用相同的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算,文中基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)建立了軟態(tài)TP2短銅管爆破壓力的經(jīng)驗(yàn)公式。

        2)區(qū)分軟態(tài)TP2長(zhǎng)、短銅管的臨界長(zhǎng)徑比為2.8095;長(zhǎng)徑比小于2.8095的短銅管爆破壓力宜用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算,長(zhǎng)徑比不超過(guò)2.8095的長(zhǎng)銅管爆破壓力可用中徑公式計(jì)算。

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