聚四氟乙烯聚四氟乙烯被称“塑料王”, 是一种使用了氟取代聚乙烯中所有氢原子的人工合成高分子材料。中文商品名“特氟隆” (teflon) 、“特氟龙”、“特富隆”、“泰氟龙”等。它是由四氟乙烯经聚合而成的高分子化合物, 其结构简式为-[-CF2-CF2-]n-, 具有优良的化学稳定性、耐腐蚀性, 是当今世界上耐腐蚀性能最佳材料之一, 除熔融碱金属、三氟化氯、五氟化氯和液氯外, 能耐其它一切化学药品, 在王水中煮沸也不起变化, 广泛应用于各种需要抗酸碱和有机溶剂的场合。
1 钢衬聚四氟乙烯 (F4) 管道在一定温度下管径与长度变化的热应力仿真模型
在钢衬聚四氟乙烯 (F4) 管道在一定温度下管径与长度变化的热应力仿真模拟中, 长度值为200至3000mm, 200mm的递增, 2mm聚四氟乙烯壁厚, 3mm壁厚钢管的直径数据为32mm、38mm、48mm、57mm、76mm、89mm、108mm、133mm、159mm、219mm、273mm、325mm、377mm、426mm, 分析的温度值为170℃之间。简化分析为聚四氟乙烯管, 施加X向及Y向位移约束于管外径曲面上, 并施加X向、Y向、Z向位移约束于管的一个截面上 (即, 四氟层在长度方向上向一侧轴向移动) 。
聚四氟乙烯物理性能参照以前数据:密度为2200Kg/m3, 导热系数为0.256W/m·K, 比热为1.05e-5 J/kg·K, 线膨胀系数为12.8e-5/℃, 摩擦系数0.11, 泊松比为0.4, 初始温度为20℃。
2 聚四氟乙烯仿真分析及结果
在热仿真模拟分析中, 温度为170℃, 壁厚为2mm, 聚四氟乙烯管对管内液体为强制对流, 对流换热系数为1000W/ (m^2·℃) 。
利用ANSYS有限元分析软件的稳态分析, 得出在170℃的温度条件下, 不同管径的聚四氟乙烯管 (32mm、38mm、48mm、57mm、76mm、89mm、108mm、133mm、159mm、219mm、273mm、325mm、377mm、426mm) 在不同长度下的热变形量的数值, 依据这一系列对应的变形数值, 利用origin7.5建立了分析结果线图 (如图1、2mm PTFE管道不同管径长度对应的变形量所示) 。根据线图可以得出, 2mm厚度聚四氟乙烯管道, 随长度的递增, 200mm的递增量的单位变形量随管径的增大逐渐减小, 通过线图所示可见400mm内径的管道200mm递增量的变形数值只有6.14mm左右, 而25mm内径的的变形数值达到6.88mm, 上述的分析数值还能得出管径也小, 其递增变形量的波动也大, 随着管径的增大, 变形量是趋于稳定值。
根据上述数据建立的云图 (图2、2mm PTFE管道不同管径下长度对应的变形云图) , 从云图中可以发现:对于整体的聚四氟乙烯管道来说, 一定温度下对应的管径与长度的变形量处于一个平面内, 在整体考虑时可以不做微观处理, 即可以不考虑管径对变形量的考虑, 按照单位长度折算变形量即可。
3 结语
通过一定温度条件下, 2mm壁厚的聚四氟乙烯管不同管径及长度的的仿真分析, 得出了长度及管径的关联信息, 通过分析结果可见, 使用钢衬聚四氟乙烯管过程中, 对于长度及管径的关系, 整体考虑时只要考虑长度关系即可, 管径对变形量的影响可以忽略不计。温度一定的条件下, 只要钢衬聚四氟乙烯管道的长度, 可以保证管道变形在一个可接受的范围内, 并且确保在使用过程中不会因为温度的徒然变化导致管内衬里撕裂。以上结论只是利用仿真分析所得结果, 有待于生产或实践来论证, 但是通过仿真可以节约大量的人力、物力、时间。将在以后的过程中, 继续通过相关系列的仿真分析来完善相关的钢衬聚四氟乙烯管使用信息。
摘要：在化工生产中, 铺设酸性管道主要以衬氟管件为主, 特别是高温高压管线的铺设, 现利用ANSYS强大的热力学分析功能, 通过ANSYS热力学分析, 在一定温度条件下, 得出的管径与长度的热形变量 (最大位移量) 变化关系, 以此来保证在生产过程中依照此进行备件采购及使用, 减少后期衬氟管线的维护量及备件的购置量, 从而减少生产运行成本, 增加公司的收益。
关键词：衬氟管件,ANSYS,热形变,仿真分析
参考文献
[1] 聂兴臻, 黄颜锋, 刘奇英.衬氟管道的热应力仿真分析[J]北京:化工管理, 2014年9月总第349期, 154-155.
[2] 张朝辉.ANSYS8.0热分析教程与实例解析[M]北京:中国铁道出版社, 2005.