新型换热器结构强度分析

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1、新型换热器结构强度分析1•引言随着世界能源的日益紧缺，迫切需要研发更先进的节能技术与设备，近年来进行了大量的研究，出现了许多新型高效换热器。该新型换热器是属于板式换热器，但与传统的板式换热器不同，为了提高传热能力，换热板采用导热系数较低的镁合金材料。另外，在换热板上冲出圆台提供板间的支撑，同时圆台对流体流动具有较强的扰流作用，便于减小流体边界层的厚度，提高传热效率。因此这种新型的换热器具有结构紧凑，换热系数高的优点，值得进一步的研究。在现代化的工业中，换热器的应用已经非常广泛，由于换热器的破坏因引发的事故也屡见不

2、鲜，造成了巨大的经济损失和人员伤亡，设备的安全运转越来越受到重视。在换热器实际设计中，由于该换热器的结构不同与传统换热器，不能采用原有经验公式进行强度校核计算，因而需利用有限元技术对换热器的强度刚度进行评价分析。2.1.1.计算内容为了保证镁合金换热器在受压的情况下能够正常工作，针对换热器的实际工作情况，利用有限元软件计算在不同方案不同工况下换热器强度刚度情况。方案1:工况12层换热板的有限元计算（0.5MPa压力）方案2：工况11层换热板的有限元计算（0・5MPs压力）工况22层换热板的有限元计算（0・5MPa

3、压力）工况33层换热板的有限元计算（0・5MPa压力）工况44层换热板的有限元计算（0・5MPs压力）1.2.计算环境有限元软件Abaqus6.8计算机：CPU2GHz；内存2G；硬盘250G1.有限元分析技术研究进展随着有限元分析技术的发展和计算机软件技术的飞速发展，到70年代初期，有限元的理论已经基本成熟，并陆续开始出现了一些高性能的CAE软件，到80年代中期，逐步形成了商业的CAE软件。现在，在工程应用和科研中，运用CAE软件进行数值模拟发挥着举足轻重的作用。CAE软件已经成为现代工程师和科研人员实现技术与

4、产品的创新、解决实际问题有效工具。通过有限元分析，可以及时发现设计中的缺陷进行补救，提高产品质量，缩短研制新产品的开发周期。在实际工程问题分析中，随着数值分析理论技术的发展，尤其近几年来计算机运算速度的飞速发展，使得计算机分析、求解、运算能力越来越强，模型的建立及后处理所花费的时间的比例却越来越大。目前有限元软件都有功能强大建模和数据处理功能，能够以可视图形方式直观快速地进行网格自动划分，并将大量的计算结果分析整理成各种图表，以便于分析，输出等。总而言之，数值模拟技术已经成为现代工程设计、科学研制中必不可少的手段

5、之一，它可以有效地减少科研开发周期、减少研发费用。1.换热器有限元模型建立3.1模型的构建根据换热器的实际工作状态，考虑镁合金换热板圆台的规则布置，取其中一部分来进行计算，根据不同的失压情况可考虑不同换热板的层数。方案1的换热器底板为平板，而方案2为提高支撑刚度在底板上增设支撑圆凸台，以提高支撑强度（具体模型看参考图2,图8,图14,图20,图26）O3.2材料属性镁合金具有密度小，导热性能好的优点，使用该材料可以有效降低换热器的重量，提高传热效率，但普通镁合金强度性能较低，无法满足换热器强度要求。近年来随着材料

6、技术不断进步，研制岀了高强度的镁合金材料，MgZnY合金就是其中的一种，其通过快速凝固技术提高了镁合金的机械性能（见表1）。表1换热器材料屈性表属性材料弹性模量MPa泊松比屈服强度MPa常温200°C换热板MgZnY0.45e50.3600250底板钢2e50.3——3.3网格划分本次计算选取C3D10M二次修正单元，换热板单元大小取1mm,底板单元大小取1.5mm。方案1的网格模型共有108579个节点,64864个单元，最终网格模型如图1所示。方案2的网格模型的生成方法与方案1相同。图1方案1网格模型3.4边

7、界条件加载为了能够分析不同尺寸的换热器的应力变形状况，在进行分析时不考虑边界的约束作用，将换热板与底板周围设对称约束，同时为防止刚体位移将底板下表面Z方向约束。根据失压的情况在模型顶部换热板表面施加0.5MPa的压力载荷。两换热板间和换热板与底板间的接触定义为摩擦接触，摩擦系数取0・15o4•有限元计算结果方案11层换热板2层换热板换热器底板图2换热器整体计算模型♦4.981e*002KHMin:^6.9340G031022:57:06GMT+08：00200900B：8806.odb(/AtijuB^andar

8、dVersion6.竝SatJanStep:Step-1Increment1:StepTime■.JOOPrimaryVar:S,MisesDeformedvar：uDeformationScaleFactor:+547ie*0iS,Mises(Avg:75%)+4.981e+02+1.00Ce+02+9,16764.01*8.333e*01*7.50Ce>01+6.66