DN1200氨吸收塔设计（全套CAD图+说明书+开题报告+翻译）

买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985DN1200氨吸收塔设计摘要：此次设计的是混合气流量为10000的氨吸收塔。根据有关的设计参hm/3数，故选用填料塔来吸收氨气，填料塔是把塔内的填料当作气液两相间接触的传质设备。设计填料塔包括：物料衡算、热量衡算、塔设备的工艺结构设计（塔内径、塔高、封头、填料、进出口接管及裙座等）、对塔设备进行强度的计算及校核，绘制吸收塔图纸等。设计思路：首先进行物料衡算和热量衡算，然后进行塔设备的尺寸计算，主要包括塔的高度确定和填料层高度的计算，以及对塔附件（吊柱、液体分布器、人孔、手孔、裙座等）的计算与选择，最后进行强度计算和校核。关键词：氨吸收；填料塔；物料衡算；强度计算。买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985iiiThedesignofDN1200ammoniaabsorptiontowerAbstract:Thisdesignisaboutofanammoniaabsorptiontowerwhosethegasmixtureflowof10000m3/h.Accordingtotherelateddesignparameter.Sotheselectionofammoniaabsorptionfillertower.Packedtowerisatowerinthefillerastwogasandliquidcontactmasstransferequipment.Designpackedtowerinclude:materialbalance,heatbalance,theprocessstructuraldesignofthetower(towerinsidediameter,towerheight,head,fillers,importandexporttakeoverandskirt),calculationandcheckofthestrengthofthetower,drawabsorberdrawingsandsoon.Designideas:Firstmaterialbalanceandheatbalance,andtowerequipmentsizing,determinetheheightandfillerlayerheight,tower,andthetoweraccessories(davit,liquiddistributor,manholes,handhole,skirtandsoon)calculationandselection,andfinallythestrengthcalculationandverification.Keywords:ammoniaabsorption;packedtower;materialbalance;strengthcalculation买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985ii目录引言.11.工艺计算.21.1吸收剂用量及吸收溶液深度.21.2泛液速度.41.3塔径的估算.71.4液体喷淋密度的验算.71.5填料层高度的计算.82.塔结构的设计.132.1塔内件及附件的选择.133.塔的设计及强度校核.233.1塔体和封头的厚度计算.233.2塔体载荷分析.253.3塔体的强度及稳定性校核.323.4裙座的强度及稳定性较核.343.5裙座基础环.353.6地脚螺栓计算.363.7水压试验时塔的强度和稳定性验算.374.开孔和开孔补强设计.384.1开孔及补强说明.384.2开孔补强设计计算.435.1椭圆封头部件的制造.485.2筒节的主要制造工艺.485.3总装.485.4主要件的热处理.495.5主要检验要求.49参考文献.51附录一外文原稿.52附录二外文原稿翻译.59买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985iii谢辞.66买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985iv买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985v买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985vi买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985vii买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985viii买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985ix买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985第0页共66页引言在化工、炼油与石油化学工业等各类生产中,作为分离过程工艺设备而言的塔设备,在精馏、蒸馏、萃取、吸收跟解吸等传质单元操作中有着无可替代的重要地位。据统计，塔设备在化工与石油化工行业投资比例在20-25%，化纤行业约占45%。因而通过强化塔设备来强化生产操作过程是生产、设计人员都十分重视的课题。板式塔在70年代以前占据着绝对的优势，但随着石油化工的发展，填料塔由于结构简单、压降小，而且可用各种材料制造等优点而日益受到人们的重视。而氨在工业上也具有多种用途，主要用来制造含氮肥料、炸药以及各种纤维及塑料，同样也可以把氨制成硝酸，进而再制造硝化甘油、硝酸铵、硝基纤维素等。在化学纤维和塑料工业中，则以氨作为氮源，生产人造丝等产品。在农业方面，氮肥是农业生产过程中需求量比较大的化肥之一，氨又是氮肥的主要来源，因而回收氨在国民经济中就显得尤为重要。因而填料塔吸收氨气工业在现代工业发展中占据重要地位。本设计是在段小林老师的耐心指导下从2013年1月7日开始进行的，经历了资料查找、任务书撰写、设计方案拟定、设备设计、图纸绘画、编写设计说明书等过程。通过此次的设计让我们了解到填料塔设备生产制造工艺的大概过程，让我在过程设备设计和制造知识方面得到了拓宽，进一步巩固了学习过的专业知识，熟悉了绘图软件的操作，加强了灵活运用书本知识的能力，是对我们大学四年所学知识的总结、巩固和加深。由于本人知识水平、实践经验有限等因素，本设计中肯定存在着不足之处，望指导老师及同学及时批评与指正。买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985第1页共66页1.工艺计算1.1吸收剂用量及吸收溶液深度1.1.1惰性气体流量已知设计参数：用20的清水吸收混合气中的氨，混合气中含氨10%，其余为空气。操作压力为1.01105pa，操作温度40，混合气流量10000m3/h，吸收剂用量为最小用量的1.1倍,气相体积吸收总系数为200kmol/(m3.h),氨的回收率为95%。V(10.1)=(1-0.1)2.4混合气体流量40T4.20073=350.43hkmol1.1.2最小气液比按照设计条件中平衡数据得：表1.1不同温度下的氨浓度买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985第2页共66页在XY坐标图上绘制平衡曲线，如下图1.1所示：元图1.1平衡曲线Y10.1110Y2Y1（1）0.111（10.95）0.00556由图1.1.1中查得当Y10.111时X值为：1X0.0425故最小气液比()=2.48VLmin21Y045.6买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985第3页共66页1.1.3最小吸收剂用量由上面计算可得，最小气液比()=2.48，V=350.4；VLminhkmol故最小吸收剂用量L=()minV2.48350.4868.992869；minhkol一直设计参数可知吸收剂用量为最小用量的1.1倍，得吸收剂用量：L1.1L=1.1869=955.9minml1.1.4吸收液浓度从全塔范围内看氨的衡算=VL21XY即：4.3509056.11.2泛液速度考虑塔顶情况来计算，为了计算的方便，所以操作温度以及压强取平均会值。气体千摩尔流量：Vv=2.4塔顶气体体积流量40T=352.3861821352.4.9501-1）（273hkmol1.2.1塔顶混合气体平均分子量M=MY+M2,ma2,3NH买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985第4页共66页公式中Ma空气平均分子量，Ma=28.84kmolgMNH3氨气平均分子量，MNH3=17.03Ya,2塔顶混合气中空气浓度，摩尔分率；YNH3,2塔顶混合空气中氨气的浓度，摩尔分率；计算可得Ya,2=0.99434.3520YNH3,20.0057.将Ya,2与YNH3,2代入上述公式得M28.840.9943+17.030.005728.772,mkmolg气体密度V=4.2,m0PT12.4027310.42853g液体密度l992.23kg液体粘度1.004mPasL1.2.2填料的选择经过比较，最终选取选取50金属鲍尔环查资料的50金属鲍尔环的特性数据如下：表1.2金属鲍尔环数据1.2.3泛点气速用贝恩霍根关联式计算买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985第5页共66页8142.03275.1lgLVLVFGAu式中u泛点气速，m/s；Fg重力加速度，9.81m/s2；a/干填料因子，m-1；3a比表面积，m2.m-3；V,L气相，液相密度，kg/m3；液相黏度，mPas；L,G液相，气相流量kg/h；A关联常数，见表1-2；填料层空隙率；表1.3各类填料A值参数数据，g=9.81kg/s2,=1.12kg/m3,=992.2kg/m3vL=1.004mPas,L计算得填顶气体的质量流量：G=VvMm,2=352.428.77=10138.5kg/h;买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985第6页共66页由题可知吸收剂为纯水，其质量流量为：L=955.9=955.918=17206.2kg/hhkmol将上述数据代入得：81412.0222.95.03873189lgFu解得u=3.6m/sF1.3塔径的估算由于空塔气速一般取泛点气速的50%85%，假设设计取70来计算得u=0.7u=0.73.6=2.52m/sF代入塔径计算公式DuVs4=1.18m36052.1VS操作条件下混合气体流量，m3/s圆整后取塔径D=1200mm空塔气速的核算：u=2.45m/s=68%u24DVs20.136.F假设符合要求。1.4液体喷淋密度的验算液体喷淋密度公式：U=2785.0DLKU液体喷淋的密度，m3/(m2h);LK液体喷淋的质量，m3/h;D填料塔的直径，m;买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985第7页共66页最小喷淋密度：为了使填料塔中填料得到充分的湿润，塔内液体的喷淋密度应不能低于某一极限值，该极限值称为最小喷淋密度，以U来表示。min对散装填料，其最小的喷淋密度大多采用下列公式计算，U=(L)atminWin式中U最小的喷淋密度，m3/(m2h)；in(L)最小的湿润速率，m3/(mh)；Wiat塔料的总比表面积，m2/m3；对于直径75mm的散装填料，最小的湿润速率(L)=0.08m3/(mh)Wmin故U=0.08112.3=8.984m3/(mh)min而液体喷淋质量L=17.34m3/h；h92.1706实际的液体喷淋密度U=15.4m3/(mh)U2k85.LD20.17.4min满足液体最小喷淋密度的要求。1.5填料层高度的计算1.5.1传质单元高度的计算已知参数V350.4kmol/h；KY=200kmol/(m3h)传质单元高度计算公式Hog=YKV故HOG=1.55m20.142351.5.2传质单元数的计算根据（X1,Y1）与（X2，Y2），在图中作出操作线，从图中读出若干个塔的截买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985第8页共66页面上推动力（YY），并计算相应的，列出下表：Y1表1.4塔截面推动力YYYY10.005600.00561800.010.00150.0085117.60.020.0040.001662.50.030.0080.021546.50.040.0130.02737.00.050.0210.02934.50.060.0270.03330.30.070.0360.03429.40.080.0470.03330.30.090.0590.03750.02540.00.1110.09150.091551.3在坐标纸上绘Y与的关系曲线图，如图1.5.1所示，关系曲线与跟1YY1，YY2和0之间围成的面积即为积分值。买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985第9页共66页元Y元0.5X196图1.2图解积分法求传质单元数由图得积分面积为4.8，故NOG4.8；所以填料层高度为：ZHOGNOG1.554.87.44m；由经验公式可知，填料层设计高度一般取Z=(1.21.5)Z式中Z设计的填料高度；Z工艺计算的填料高度；故Z1.2Z1.27.448.9m圆整填料层高度，即Z9m。1.5.3填料层的分段当液体沿填料层向下流动时，将逐渐流向塔壁而形成壁流效应的趋势，结果将会造成液体分布的不均匀，降低气液两相的有效接触表面，从而降低传质效率。因此，在设计过程中需要设置液体收集分布器，即将填料层分段。对于散装填料而言，一般推荐的高度见下表，表中h/D为分段后的高度与塔径之比，h为允许下的最大填料层高度max散装填料分段高度推荐值：表1.5散装填料分段高度推荐值买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985第10页共66页填料类型h/DH/maxm拉西环254矩鞍环586鲍尔环5106阶梯环8156环矩鞍5156由表可知取各段填料层高度为4.5m，分成两段。1.5.4填料层压降的计算查表得：填料因子130m-1；液相密度校正系数1；LW2.910操作空塔速度u=2.45m/s；.785.360横坐标0.058；21LgG21.9.纵坐标LgFu22.02.090.8.3450.022（计算纵坐标过程中用u代替u）F买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985第11页共66页图1.3Eckert压降通用关联图由Eckert压降通用关联图查得：单位压降=119.8=107.8Pa/m(填料)900mm,因此需要在支承圈下设置加强肋板。填料支承的结构尺寸见下表：表2.2填料支撑板栅板尺寸支承装置塔径Dg填料环直径DHst支承圈宽厚肋板数允许填料高度1200508006010506010厚S1066Dg填料支撑板结构如下：图2.1填料支撑板结构2.1.3液体分布器由于填料塔塔径D800mm，故常选用是盘式液体分布器，其结构图如下：买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985第14页共66页图2.2盘式液体分布器2.1.4液体再分布器在填料塔中，在离填料顶面一定距离处时，喷淋液体便开始向塔壁偏流，再沿塔壁下流，塔中心处的填料就不能得到好的湿润，进而形成“干锥”现象。为了克服此现象，每隔一定的距离就必须设置液体再分布器。工业生产中应用广泛的是截锥式再分布器，其设计尺寸参考表与结构图如下：表2.3液体再分布器买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985第15页共66页图2.3液体再分布器2.1.5裙座的结构设计1.裙座形式：从加工与制造方便考虑，宜采用圆筒型；2.材料：选用Q235-B；3.裙座与塔体的连接：焊接方式采用对接式，如下图：图2.4裙座结构4裙座检查孔：选用B型长圆形孔；5地脚螺栓座：包括盖板、垫板、筋板及基础环，都详见裙座部件图；6.裙座排气孔、接管引出孔以及其他结构详见总装图跟裙座部件图。买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985第16页共66页2.1.6人孔的设计与选择根据中华人民共和国行业标准钢制手孔和人孔可知：本设计选用“回转盖板式平焊法兰人孔”（HG/T21516-2005）其结构形式如下：图2.5人孔结构示意图2.1.7塔吊柱选择吊柱的方位跟回转半径S应该能够使吊柱经人工推动，使经过吊柱的垂线可以转到人孔的附近，还要使吊钩垂线可以转到平台外，以便于将塔内件从塔平台外场地上吊到塔平台上的人孔处或从塔平台上人孔处吊到塔平台以买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985第17页共66页外的场地上。因而吊柱的方位要首先取决于人孔方位。人孔的方位应该由管道专业依据设备布置跟配管要求来进行确定。查压力容器与化工设备实用手册知，应选用HG5-1373-80-15吊柱；其基本参数如下：S=900，H=1000，L=3400，R=750，=15910，l=110,e=250,重量为234图2.6吊柱吊杆料为20号的无缝钢管，其他材料均为A3F钢，支座垫板的材料与塔体的材料相同，吊柱的下端支承结构要采用椭圆形封头。吊杆是以整根管子来作为计算依据的。若管子的长度不够要拼接时，应符合下列要求：1.只许拼接在一处；2拼接选取的位置只可在下图所示的B至C，E至W之间；买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985第18页共66页3.焊接的结构按图所示，焊缝系数选0.9.图2.7吊柱焊接封板用管子制成的吊柱都焊有端封板，用来防止雨水的灌入而引起生锈，封板上方需开30的牵引孔；吊钩常用吊钩形式有三种，其中圆钢弯成U形而焊在吊杆上的形式最多，故采用此种形式，其结构图如下：图2.8吊钩买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985第19页共66页2.1.8接管选择排气管内气体流速u=20m/s。QV=0.0048m3/s(液)QG2.51m3/s;D=uqV4式中：D管子的直径；QV流体体积流量m3/s;U流体流速m/s；气体进出口管直径为：则D=0.399muqV4201.35故选用DN350mm接管工业的供水速率1.53m/s,液体进口管u取2m/s则D=0.055m214.308取DN50mm接管液体出塔的速度u取1m/s；则d=0.078mqv4.3048取DN80mm接管。2.1.9接管法兰的选择根据中华人民共和国的国家标准GB9112.2-2000可知，应选用PN0.6Mpa的平面板式平焊法兰，其结构图如下所示：买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985第20页共66页图2.9法兰结构具体尺寸如下：表2.3接管法兰螺栓接管名称公称通径DN管子外径A法兰外径D螺栓孔中心直径K螺栓孔径L数量n螺纹Th法兰厚度C法兰内经B法兰理论重量kg液体进口5060.314011014412M1661.51.51液体出口8088.919015018461890.52.95气体进出口350355.649044522122020359.50压力容器法兰选择根据中华人民共和国国家标准压力容器法兰分类与技术条件即（JB/T4700-2000）；根据已知的设计参数，故选用甲型平焊法兰；根据JB/T4701-2000中数据确定其结构尺寸如下：买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985第21页共66页表2.4容器法兰DNDD1D2D3D4d螺栓柱规格螺栓柱数量1200131512761256125310456627M2436图2.10容器法兰结构买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985第22页共66页3.塔的设计及强度校核3.1塔体和封头的厚度计算3.1.1材料的选择最高的工作压力P=0.1Mpa设计压力P=0.11Mpa,属低压吸收设备，是一类容器；由于介质腐蚀性未提特殊的要求，故选用Q345R作为塔体的材料。3.1.2筒体厚度的确定先按照内压容器设计的厚度，然后考虑自重、液重等因素引起的正应力以及风载荷而引起的弯曲应力再进行强度和稳定性的验算。根据设计压力与液柱静压力来计算压力；塔内液柱的高度仅考虑塔1液面的高度故h=1m，则液柱的静压力Hp为：=609929.81=0.009tscriseRE/06.P在裙座失稳前，材料已达弹性极限，故强度为主要制约因素；由+3.44+16.519.9；max23Pa因而满足强度及稳定性技术要求。3.4.2焊缝强度的校核该吸收塔裙座与塔体均采用对接焊，焊缝承受组合拉应力：买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985第34页共66页esititDgmM1021ax785.01024.38.9102785.488.86，故取=2415；sxysMmN/当有筋板时，基础环的厚度；bsb104256因为一般情况下14；b故取=14b3.6地脚螺栓计算地脚螺栓的强度设计计算最大拉应力：MPaAgmZMbbeWB26.015.98107.289in01bVbeEBF00225.=Pa68.015.9238307由于0；B2结论：塔设备必设置地脚螺栓；假设地脚螺栓的个数n=16，地脚螺栓腐蚀裕量为mC32则地脚螺栓的螺纹小径：7.213147605.98421CnAdbtB所以取16个型号为M24的地脚螺栓满足设计要求；3.7水压试验时塔的强度和稳定性验算水压试验条件下塔体11截面的强度条件为：0.90.92350.85179.78TeitDP2esMPa式中P液柱静压力，P0.15（塔体高约15m）MPa计算出35.11crPa因为：TS102785.03124.3.985812.5A321e2m因此在开人孔后不需要另进行补强设计。买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985第47页共66页5.主要制造工艺5.1椭圆封头部件的制造椭圆封头由两部分构成：半个椭球面跟短圆筒，由已知参数知道椭圆封头的材料选取Q345R，最小厚度10mm。制造过程中需要考虑到制造减薄量与加工的余量等各类因素，故需要选用厚度为12mm耐蚀层的毛坯，在封头进行整体组装前要先对耐蚀层用堆焊，用25.2LMN焊带来带极堆焊过渡层及耐蚀层，分别用E309M0焊条、BM310M0焊条来手工堆焊封头的过渡层与耐蚀层，人孔的凸缘采用整体20MnMoIV级锻件形式；人孔凸缘衬里与人孔凸缘采用松衬结构，间隙0.5mm。5.2筒节的主要制造工艺大致步骤如下：a.钢板检验：包括钢板的检验、钢板预处理、板材的矫正与钢板的划线、号料几个方面；b.划线下料：分为钢板的划线、号料与切割、边缘加工等步骤；c.组对：组对的工程中要按照一定要求的焊接顺序来进行；d.焊接工艺过程：坡口准备保证坡口的清洁度，严禁在接头间隙中间存在杂物；焊前准备若焊缝存在缺陷，要对其进行修正来确保焊接的质量，并且要对焊缝进行清洁；焊接过程经由点固焊、填充焊等方式焊好焊缝；e.焊后矫正：筒节在焊接会发生一定程度的变形，需要进行校圆；f.焊后检验：运用无损探伤的方式对焊缝检测，确保焊缝合格。5.3总装a.筒节和下封头组对焊接：由于筒体的长度较大，组对时要考虑到每环买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985第48页共66页缝的错边量以及间隙均匀性，并且需要采用逐段卧装的装配方法来保证塔体直线公差仅为塔高的千分之一，且15mm，同时需要用环缝组装卡环来控制筒体的椭圆度；探伤：需要分三次进行焊接，当焊至40mm，48mm焊满后先进行100射线检测，若符合JB4730-2005中的III级要求后再进行进行100超声波检测复检，要求符合JB4730-2005中的I级标准，最后在焊缝外表面上做100磁粉检测，内表面做100渗透检测，需符合JB4730-2005中的I级要求标准；b.铆工：把吸收塔内部附件与外部附件通过一系列工艺制作成为钢结构；探伤:对尾部附件的焊缝进行100磁粉检测，对内部附件焊缝做100渗透检测，并且需要控制铁素体含量0.6；c.上封头与筒体组对焊接探伤：与筒体和下封头组对焊接的探伤标准一样；d.水压试验：水压试验条件去压力PT=0.12MPa，水温15（不低于大气的露点温度），还要控制水中氯离子含量在25mg/L以内；e.衬里：进行衬环的氨渗透试验，以100的氨气在试验压力为0.02003MPa条件下进行渗透试验，并且要确定保压时间12小时；f.对所有焊缝的外表面及设备的主螺栓做100磁粉检测，需要符合JB4730-2005的I级要求标准；g.对设备外部进行清理，刷油漆。5.4主要件的热处理a.焊接筒体上的纵焊缝后，需要在620+_14条件下进行消除应力热处理；b.椭圆封头经过整体热冲压成型的，在960+_14温度下，进行加热处理（成型前）；在930+_20温度下，进行正火热处理（成型后）；在560+_10温度下，对堆焊过渡层区域进行消除应力热处理。买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985第49页共66页5.5主要检验要求a.焊缝的错边量要求，衬里纵焊缝错边量1mm，内筒的焊缝错边量1.5mm；b.焊缝的无损检测，筒体与封头处深环焊缝及返修焊缝，均以100射线检测来检验，用100超声波检测来复检，再用100磁粉检测来检验；c.封头热成型后和进行正火热处理后，都要进行超声波与磁粉检测；d.堆焊过渡层进行超声波与渗透检测，堆焊区域进行超声波与渗透检测；e.在吸收塔进行在水压试验合格后，对设备的焊缝进行磁粉与渗透检测；f.吸收塔的各部件主要螺栓出要进行磁粉检测；g.焊缝检测完成后，要对设备的受压及耐腐蚀部件进行复查，以确保设备合格性与安全性。买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985第50页共66页参考文献1路秀林王者相化工设备设计全书塔设备,化学工业出版社，1999.102曲文海压力容器与化工设备实用手册上、下册，化学工业出版社，2000.33刘道德化工设备的选择与设计，第三版中南大学出版社，2002.64祁存谦丁楠吕树申主编化工原理，化学工业出版社，2005.125陈敏恒丛德滋方图南齐鸣斋化工原理，化学工业出版社，2005.66郑津洋董其伍桑芝富主编过程设备设计第二版，化学工业出版社2005.77刘湘秋编著常用压力容器手册机械工业出版社2004.68寇尊权王多主编机械设计课程设计机械工业出版社2006.109GB150-2011钢制压力容器10JBT4710-2005钢制塔式容器11匡国柱史启才主编.化工单元过程及设备课程设计.化学工业出版社,200212刘福顺、汤明.无损检测基础M.北京航空航天大学出版社，200513王宽福、冯丽云.焊接与化机焊接结构M.浙江大学出版社，200314贺匡国.化工容器及设备简明设计手册M.北京：化学工业出版社2002买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985第51页共63页附录一外文原稿AKindofPotentialPracticalSensorsofMetamaterialinElectromagneticFlawNondestructiveTestingAbstract：Wepresentanewkindofmethodofelectromagneticflawnondestructivetestingwithcoatingofmetamaterialsandsimulationnearelectromagneticfieldpropertyfortestcrack.ThesimulationofimprovingaNondestructivetesting(NDT)probeelectromagneticradiantpropertybyMetamatrials(MMs)coveringatinycurrentelementisinvestigatedandanalyzedusingAnsoftHFSSbasedonfiniteelementmethod(FEM),whichpermittivityandpermeabilityarenegative.Electromagneticmodel:IdealMMsballshellwithinnerradiusof1mmandouterradiusvariation,andtheshellsrelativepermittivityandrelativepermeabilityareall3.0,dielectriclosstangentandmagneticlosstangentareall0.1;andexcitingcurrentelementlengthiswith0.3mm,diameter0.2mm,value1mAatfrequency10GHz;andsimulationiswithradiationboundaryconditions.Thesimulatingnearelectromagneticfieldvarietywithratioofinnerradiusandoutradius,andsonearorlocalfieldofMMssensoronasurfacecrack,aswellascomparingnearfieldvalueofsensorwithcoatingcommonmaterialarefinished.ResultscanbeseenthatMMsfilmsensornearelectromagneticfieldandradiationpropertiesareobviouslybetterthanothertwokindsofstructureswithoutcoatingmediumandcoatingwithcommonmedium,andMetamaterialmaybeopenedoutsomenewkindsofsensorsinelectromagneticflawnondestructivetestingforpotentialpracticalapplicationsinfuture.Keywords:Metamaterial,Nondestructive,Flaw,AnsoftHFSSSoftware,Sensor1.IntroductionIn1967,Veselagotheoreticallyconsideredahomogeneousisotropicelectromagneticmaterialinwhichbothpermittivityandpermeabilitywereassumedtohavenegativerealvalues.SincetheE,HfieldsandthewavevectorkofapropagatingplaneEMwaveformaleft-handedsysteminthesematerials,Veselagoreferredtothemas“left-handed”media,ormetamaterialmedia1-3.Insuchamedium,heconcluded,thedirectionofthePoyntingvectorofamonochromaticplanewaveisoppositetothatofitsphasevelocity.Itsuggeststhatthisisotropicmediumsupportsbackward-wavepropagationanditsrefractiveindexcanberegardednegative.Sincethesematerialswerenotavailableuntilrecently,theinterestingconceptofnegativerefraction,anditsvariouselectromagneticandopticalconsequences,suggestedbyVeselago,hadreceivedlittleattention.ThiswasuntilSmithetal.4,inspiredbytheworkofPendryetal.3,5constructedacomposite“medium”inthemicrowaveregimebyarrangingperiodicarraysofsmallmetallicwiresandsplit-ringresonators4,6-9anddemonstratedtheanomalousrefractionattheboundaryofthismedium,whichistheresultofnegativerefractioninthisartificialmedium8.Metamaterialsarebroadly买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985第52页共63页definedasartificialeffectivelyhomogeneouselectromagneticstructureswithunusualpropertiesnotreadilyavailableinnature.Thisopenedthefieldofcompositematerialsormetamaterialsformicrowavesandopticalapplications.SincetheideaproposedbyVictorVeselagoin1968,theavailabilityofsuchamaterialistakenupnowadaysandextended10-21.Inthispaper,wepresentanewkindofsensorofelectromagneticflawnondestructivetestingwithcoatingofmetamaterialandthenapplyittosimulatenearelectromagneticfieldpropertyfortestcrack.Ouraimistofindoutsomeapplicationofmetamaterialcoveringinsensorthroughbetterfielddesign,andthismethodcangreatlyimprovethenearelectromagneticfieldandradiationpropertiesofthetransducer.2.SplitRingResonators(SRRs)Doublesplitringresonator(SRR)isacommonkindofmetamaterialcell,andconductivestructureinwhichthecapacitancebetweenthetworingsbalancesitsinductance,Figure1.Atime-varyingmagneticfieldappliedperpendiculartotheringssurfaceinducescurrentswhichindependenceontheresonantpropertiesofthestructure,produceamagneticfieldthatmayeitheropposeorenhancetheincidentfield,thusresultinginpositiveornegativeeffective.Foracirculardoublesplitringresonatorinvacuumandwithanegligiblethickness,thefollowingapproximateexpressionisvalid22:where,aistheunitcelllength,andiselectricalconductance.Itbecomesnegativefor0mpm,where0mistheresonantfrequency(forwhicheff);pmisthemagneticplasmafrequency(forwhicheff0).Usually,thereisanarrowfrequencyrangewheretheeff0.Thinmetallicwiresweredescribedasoneoftheearlieststructureswithnegativepermittivity,andthemediawiththeembeddedthinmetallicwirescanbeasartificialdielectricsformicrowaveapplications,Figure2.Thestructurewith0describedbyPendryconsistsofasquarematrixofinfinitelylongparallelthinmetalwiresembeddedindielectricmedium.Inthesituation,themediumisairorvacuum,andtheradiusofasinglewireisverythinnerthanthedistancebetweentwowires,thatisra,theeffectivedielectricpermittivitycanbewrittenasfollow23:买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985第53页共63页where,pistheplasmafrequencyforthelongitudinalplasmamode.Clearly,itbecomesnegativeforp.3.MetamaterialSensorSimulationSimulationofimprovingtheNondestructivetesting(NDT)transducerelectromagneticradiantpropertybyMetamatrials(MMs)coveringatinycurrentelementisinvestigatedandanalyzedusingAnsoftHFSSbasedonfiniteelementmethod(FEM),whichpermittivityandrelativepermeabilityarenegative.3.1.ElectromagneticModelandAssigningMaterialsTheidealMMsballshellfilmiswithinnerradiusof1mman