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小木虫论坛-学术科研互动平台 » 专业学科区 » 物理 » 基础物理 » 求助受限制的固体和液体受热膨胀对容器产生的压力
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queji

铁虫 (正式写手)

[求助] 求助受限制的固体和液体受热膨胀对容器产生的压力

问题：
     一个容器A满装载了一种固态或者液态的物质B，计算当温度升高时，B对容器产生的压力。 B的体胀系数、压强系数和等温压缩系数是未知的。
    有没有一种近似的固体或者液体的状态方程，或者体胀系数、压强系数和等温压缩系数的近似，简单估算一下。
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1楼 2013-10-08 13:45:12
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twoflm

木虫 (著名写手)
我对这个问题也不清楚，随便说点想法
首先，这个问题好像跟热应力问题相似。把问题简化一下，如内外两层不同材料圆筒，膨胀系数不同，内层较大，温度升高，产生热应力。当然，你的问题更复杂，压力容器两端是封头，形状很多种

其次，液体的热膨胀系数是可以通过基本的物性状态方程得到的，但固体的另说（我不了解，但可以参考固体弹性塑性力学中对热应力计算的方法）

第三，金属都有一定延展性，有的大一些，有的小一些，要看你到底用的是什么金属，如果延展性较大，基本内部的液体固体膨胀较大，未必会涨破。

圆筒带有封头的封闭容器方面似乎有不少理论解析公式或者经验公式，楼主要么自己结合弹性或者塑性力学的基本方程推导，要么根据相关手册查找公式，实在不行，找些相关软件（不知道ansys是否可行？还是有专门的金属变形和强度分析软件？）。

[ 发自手机版 http://muchong.com/3g ]
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8楼2013-10-17 08:30:38
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billiards

至尊木虫 (著名写手)
大致估算的话, 对于各向同性材料, 体膨胀系数是线膨胀系数的3倍.
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13楼2013-10-17 12:24:32
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霁雪

木虫 (正式写手)

【答案】应助回帖

引用回帖:
7楼: Originally posted by queji at 2013-10-17 07:36:41
对啊 我搞得工作就是这个。
我也理解固体和液体基本上是不可压缩的，反过来就是限制温度升高产生的体积变化需要的力非常大、但我想预测这个力...

我不是在前面说了吗？反过来算！
先从从压力容器的破坏强度来算，和通常的压力容器设计一样的算。只要把保险系数设为1就可以了。这样得到的值就是压力容器破坏时力的大小。
再用这个力的值从弹性模量去推算出热膨胀的温差在多少度的时候可以达到这个值。估计就是3-5度就足以构成破坏了。
事实上不膨胀（不发生形变）的可能性是没有的，所以，还是那句话，工程上不从这个角度来研究。
你倒底想做什么？
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黑暗是光明的缺乏，但是在纯粹的光明中也和黑暗中一样，什么也看不到！
14楼2013-10-17 19:22:39
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普通回帖

gorgan

木虫之王 (文学泰斗)

无意苦争春

【答案】应助回帖

感谢参与，应助指数 +1
可以参考如下链接：
http://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%8A%B6%E6%80%81%E6%96%B9%E7%A8%8B
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无我相，无人相，无众生相，无寿者相
2楼2013-10-08 15:27:46
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queji

铁虫 (正式写手)
引用回帖:
2楼: Originally posted by gorgan at 2013-10-08 15:27:46
可以参考如下链接：
http://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%8A%B6%E6%80%81%E6%96%B9%E7%A8%8B

全是气体的状态方程
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3楼2013-10-08 19:48:36
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霁雪

木虫 (正式写手)

【答案】应助回帖

固体受热要膨胀，现在不容许其膨胀。
可以反过来从固体或液体的抗压能力或弹性模量来求。温度升高多少，膨胀了多少，现在是假设他们收到了压力体积缩小了这样一个量。
是一个非常巨大的量，所以一般不这样想。总是以考虑承压能力着眼，容许一定的变形，例如压力容器。
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黑暗是光明的缺乏，但是在纯粹的光明中也和黑暗中一样，什么也看不到！
4楼2013-10-11 20:54:14
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queji

铁虫 (正式写手)
引用回帖:
4楼: Originally posted by 霁雪 at 2013-10-11 20:54:14
固体受热要膨胀，现在不容许其膨胀。
可以反过来从固体或液体的抗压能力或弹性模量来求。温度升高多少，膨胀了多少，现在是假设他们收到了压力体积缩小了这样一个量。
是一个非常巨大的量，所以一般不这样想。总是 ...

我就想知道一个罐子里装满了固体或液体，温升后是不是会涨破容器
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5楼2013-10-16 21:33:24
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霁雪

木虫 (正式写手)

【答案】应助回帖

引用回帖:
5楼: Originally posted by queji at 2013-10-16 21:33:24
我就想知道一个罐子里装满了固体或液体，温升后是不是会涨破容器...

当然要涨破的了。哎！你是极端条件下使用的金属材料专业，是真的吗？

几乎不需要升温多少，如果容器是不会膨胀的，那么也许不到五度就能把容器涨破的。
可以用冰做例子，冰在4度以下是负膨胀系数，随温度降低而膨胀。而容器大部分在温度降低的时候收缩。所以，用一个玻璃瓶装满4度的水，盖上盖子，不留气泡。然后冷冻，你将看到，没等到冰刚要结起来玻璃瓶就裂开了。
因为玻璃的弹性变形很小。
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黑暗是光明的缺乏，但是在纯粹的光明中也和黑暗中一样，什么也看不到！
6楼2013-10-17 03:32:29
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queji

铁虫 (正式写手)
引用回帖:
6楼: Originally posted by 霁雪 at 2013-10-17 03:32:29
当然要涨破的了。哎！你是极端条件下使用的金属材料专业，是真的吗？

几乎不需要升温多少，如果容器是不会膨胀的，那么也许不到五度就能把容器涨破的。
可以用冰做例子，冰在4度以下是负膨胀系数，随温度降低而 ...

对啊 我搞得工作就是这个。
我也理解固体和液体基本上是不可压缩的，反过来就是限制温度升高产生的体积变化需要的力非常大、但我想预测这个力
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7楼2013-10-17 07:36:41
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queji

铁虫 (正式写手)
引用回帖:
8楼: Originally posted by twoflm at 2013-10-17 08:30:38
我对这个问题也不清楚，随便说点想法
首先，这个问题好像跟热应力问题相似。把问题简化一下，如内外两层不同材料圆筒，膨胀系数不同，内层较大，温度升高，产生热应力。当然，你的问题更复杂，压力容器两端是封头， ...

我会做压力容器的弹塑性分析。但需要一个输入量，就是容器内容物体积膨胀产生的压力载荷不知道。公开资料查不到这种内容物的体膨胀系数，所以在小木虫上求助大家，看看有没有什么理论上的方法，大致估算一下。

液体的物态方程的形式是什么？
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9楼2013-10-17 11:30:54
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twoflm

木虫 (著名写手)
引用回帖:
9楼: Originally posted by queji at 2013-10-17 11:30:54
我会做压力容器的弹塑性分析。但需要一个输入量，就是容器内容物体积膨胀产生的压力载荷不知道。公开资料查不到这种内容物的体膨胀系数，所以在小木虫上求助大家，看看有没有什么理论上的方法，大致估算一下。

...

应该说，常见液体气体的相关物性大都能 查到，如果你的对象是不常见的，另说

你可以搜一下”高压液体状态方程”方面的文献，似乎有不少，如果有你说的物质相关的方程，那做一些数学上的运算，可以导出膨胀系数等量，具体的方法可以参照热力学方面的课本

如果没有你说的物质相关的数据，记得有一些物性推算估计的方法，我不清楚这方面，还是你自己查查

如果有条件的话，最好能设计相关实验并做实验测一下

[ 发自手机版 http://muchong.com/3g ]
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10楼2013-10-17 12:03:59
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