聚四氟乙烯聚四氟乙烯被稱“塑料王”, 是一種使用了氟取代聚乙烯中所有氫原子的人工合成高分子材料。中文商品名“特氟隆” (teflon) 、“特氟龍”、“特富隆”、“泰氟龍”等。它是由四氟乙烯經聚合而成的高分子化合物, 其結構簡式為-[-CF2-CF2-]n-, 具有優良的化學穩定性、耐腐蝕性, 是當今世界上耐腐蝕性能最佳材料之一, 除熔融堿金屬、三氟化氯、五氟化氯和液氯外, 能耐其它一切化學藥品, 在王水中煮沸也不起變化, 廣泛應用于各種需要抗酸堿和有機溶劑的場合。
1 鋼襯聚四氟乙烯 (F4) 管道在一定溫度下管徑與長度變化的熱應力仿真模型
在鋼襯聚四氟乙烯 (F4) 管道在一定溫度下管徑與長度變化的熱應力仿真模擬中, 長度值為200至3000mm, 200mm的遞增, 2mm聚四氟乙烯壁厚, 3mm壁厚鋼管的直徑數據為32mm、38mm、48mm、57mm、76mm、89mm、108mm、133mm、159mm、219mm、273mm、325mm、377mm、426mm, 分析的溫度值為170℃之間。簡化分析為聚四氟乙烯管, 施加X向及Y向位移約束于管外徑曲面上, 并施加X向、Y向、Z向位移約束于管的一個截面上 (即, 四氟層在長度方向上向一側軸向移動) 。
聚四氟乙烯物理性能參照以前數據:密度為2200Kg/m3, 導熱系數為0.256W/m·K, 比熱為1.05e-5 J/kg·K, 線膨脹系數為12.8e-5/℃, 摩擦系數0.11, 泊松比為0.4, 初始溫度為20℃。
2 聚四氟乙烯仿真分析及結果
在熱仿真模擬分析中, 溫度為170℃, 壁厚為2mm, 聚四氟乙烯管對管內液體為強制對流, 對流換熱系數為1000W/ (m^2·℃) 。
利用ANSYS有限元分析軟件的穩態分析, 得出在170℃的溫度條件下, 不同管徑的聚四氟乙烯管 (32mm、38mm、48mm、57mm、76mm、89mm、108mm、133mm、159mm、219mm、273mm、325mm、377mm、426mm) 在不同長度下的熱變形量的數值, 依據這一系列對應的變形數值, 利用origin7.5建立了分析結果線圖 (如圖1、2mm PTFE管道不同管徑長度對應的變形量所示) 。根據線圖可以得出, 2mm厚度聚四氟乙烯管道, 隨長度的遞增, 200mm的遞增量的單位變形量隨管徑的增大逐漸減小, 通過線圖所示可見400mm內徑的管道200mm遞增量的變形數值只有6.14mm左右, 而25mm內徑的的變形數值達到6.88mm, 上述的分析數值還能得出管徑也小, 其遞增變形量的波動也大, 隨著管徑的增大, 變形量是趨于穩定值。
根據上述數據建立的云圖 (圖2、2mm PTFE管道不同管徑下長度對應的變形云圖) , 從云圖中可以發現:對于整體的聚四氟乙烯管道來說, 一定溫度下對應的管徑與長度的變形量處于一個平面內, 在整體考慮時可以不做微觀處理, 即可以不考慮管徑對變形量的考慮, 按照單位長度折算變形量即可。
3 結語
通過一定溫度條件下, 2mm壁厚的聚四氟乙烯管不同管徑及長度的的仿真分析, 得出了長度及管徑的關聯信息, 通過分析結果可見, 使用鋼襯聚四氟乙烯管過程中, 對于長度及管徑的關系, 整體考慮時只要考慮長度關系即可, 管徑對變形量的影響可以忽略不計。溫度一定的條件下, 只要鋼襯聚四氟乙烯管道的長度, 可以保證管道變形在一個可接受的范圍內, 并且確保在使用過程中不會因為溫度的徒然變化導致管內襯里撕裂。以上結論只是利用仿真分析所得結果, 有待于生產或實踐來論證, 但是通過仿真可以節約大量的人力、物力、時間。將在以后的過程中, 繼續通過相關系列的仿真分析來完善相關的鋼襯聚四氟乙烯管使用信息。
摘要：在化工生產中, 鋪設酸性管道主要以襯氟管件為主, 特別是高溫高壓管線的鋪設, 現利用ANSYS強大的熱力學分析功能, 通過ANSYS熱力學分析, 在一定溫度條件下, 得出的管徑與長度的熱形變量 (最大位移量) 變化關系, 以此來保證在生產過程中依照此進行備件采購及使用, 減少后期襯氟管線的維護量及備件的購置量, 從而減少生產運行成本, 增加公司的收益。
關鍵詞：襯氟管件,ANSYS,熱形變,仿真分析
參考文獻
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