扭曲管换热器管板的有限元分析.pdf

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1、扭曲管换热器管板的有限元分析杨旭。钱才富(北京化工大学机电工程学院，北京100029)摘要：采用有限元分析软件ANSYS，对扭曲管换热器的管板在三种工况下的应力进行计算，分析了扭曲管轴向刚度削弱系数对管板应力强度及扭曲管轴向应力的影响。结果表明，扭曲管的轴向变形补偿能力优于普通直管，可以降低在温差载荷作用下管板中的应力，但会提高压力作用下的管板应力。在压力载荷作用下，扭曲管上的平均应力大小与普通直管差别不大，但扭曲管的轴向应力在管子横截面上的分布不均匀，局部的轴向应力远远高于平均应力水平，因此扭曲管抗疲劳和应力腐蚀开裂

2、的能力不如直管。不同厚度的管板受扭曲管管束轴向刚度的影响不同，当管板厚度较小时，扭曲管管束轴向刚度的影响较大。关键词：扭曲管；管板；有限元；应力强度中图分类号：TH49；TQo51．5；0241．82文献标志码：A文章编号：1001—4837(2014)o5—0041—05doi：10．3969／j．issn．1001—4837．2014．05．006FiniteElementAnalysisoftheTubesheetofTwistedTubeHeatExchangersYANGXu．QIANCai—fu(Colle

3、geofMechanicalandElectricalEngineering，BeijingUniversityofChemicalTechnology，Beijing100029，China)Abstract：FiniteelementanalysiswiththesoftwareANSYSwasperformedonthetubesheetofatwistedtubeheatexchangerunderthreeloadingcases．Effectsoftheaxialstifnessofthetwistedtu

4、besonthestrengthofthetubesheetwereinvestigated．Itisfoundthatastheaxialdeformationcompensationofthetwistedtubesisbetterthanthatoftheplainstraighttube，stressesatthetubesheetaredecreasedwhenusingtwistedtubesunderthethermalloading，butthestressesareincreasedunderthep

5、ressureloadings．Althoughtheaverageaxialstressatthetwistedtubesisalmostthesameasthatatthestraighttubes，thestressdistributionatthecrosssectionofthetwistedtubesiSnotuniforillandthemaximumstressiSmuchlargerthantheaveragestress，whichimpliesthatabilityofthetwistedtube

6、storesistfatigueorstresscor-rosioncrackingismuchweakerthanthestraighttubes．Fordifferentthicknessofthetubesheet，theeffectoftheaxialstifnessofthetwistedtubesisdifferent．Thesmallerthethicknessofthetubesheet，thestron—gertheeffectis．Keywords：twistedtube；tubesheet；fin

7、iteelementanalysis；stressintensity基金项目：国家科技支撑计划课题(2012BAH34F04)扭曲管换热器管板的有限元分析30，40，50mm的管板分别进行了计算，对比不同0引言厚度的管板强度受扭曲管管束影响的程度。同时，选取了轴向刚度削弱系数为0．6～1．0的传热过程是石油、化工行业中必不可少的一一系列扭曲管(扭曲管刚度削弱系数表示由于个环节，如何在保证安全可靠的前提下提高换热直管经过加工成扭曲管后，其轴向刚度的减弱程设备的传热性能，在强调低碳环保的今天越发重度，其中Kr=1．0时为普

8、通直管换热器)，对不要。近年来，出现了许多强化传热的换热管型，扭同刚度削弱系数的扭曲管管板应力进行分析并进曲管便是其中一种。扭曲管换热器由瑞典Alares行对比。公司开发，美国Brown公司对其进行了改进，具有强化传热、减少结垢、管束间自支撑、无折流板元2扭曲管换热器管板的有限元模型件、节省空间、同时能克服诱导振动的特点，在石油、