温度场加载方式对预应力换热器性能的影响-论文.pdf

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1、J4一■论文广场石20油和化工设备．14年第17卷温度场加载方式对预应力换热器性能的影响林桥，郭崇志。(1．广州特种承压设备检测研究院，广东广州510663)(2．华南理工大学，广东广州510640)[摘要]通过建立由壳体、管板和换热管等组成的固定管板换热器有限元分析模型，比较了温度场直接加载和间接加载两种方式对预应力换热器性能分析的影响。间接加载是将cFD模型中的轴向温度数据拟合成函数加载到ANSYS模型中作为温度边界条件；直接加载是将数据直接AkCFD模型中转换为ANSYS模型的温度边界条件。通过采用不

2、同温度加载方式研究预应力换热器的性能变化，发现间接加载简便快捷，直接加载的结果更符合实测，两种方式都可以实现预应力分析，并可满足工程要求。[关键词]固定管板换热器；预应力换热器；温度场；直接加载；间接加载固定管板式换热器是目前应用广泛的管壳式究温差应力及其危害的前提，本文采用CFD软件换热器。其中管束、管板和壳体三大主要构件彼进行工艺分析计算，从而得到管壳式换热器准确此相互约束，因而产生温差应力。过大的管壳壁的温度场。温差引起的热应力是导致结构破坏的主要原因之通过CFD软件算出管壳式换热器准确的温度一。为了

3、降低换热器中由于温差应力而导致的破场分布后，本文采用两种加载方式将温度场加载坏，可以从结构和工艺两方面采取措施。文献[1】提到ANsYS模型中进行热一结构耦合分析，并比较出了一种预应力换热器制造专利技术。文献对了两种加载方式所产生结果的差别。某预应力换热器进行过粗略的计算，通过假定管1建模板为刚性板，计算热膨胀差导致的热应力，并将预应力换热器和相应的普通管壳式换热器的计算1．1几何模型及工艺条件结果进行了对比，得知预应力换热器管子和管板本文研究的换热器为折流杆式固定管板式换在工作状态所受的热应力为普通管壳式

4、换热器的热器，几何结构模型见图1，模型主要结构尺寸见一半以下，说明预应力换热器技术的效果非常显表1几何模型主要结构尺寸著。预应力换热器可以较好地消除或降低固定管参数尺寸／mm板式换热器中温差应力的影响，提高这类换热器管板厚度6=12的工作可靠性和扩大工作温差范围，因此具有很管板外径l25好的工作适应性【。导流筒外径厚度长度92×1×120在利用ANSYS软件对管壳式换热器进行模管心距Pt=l9(=角排列)拟分析时，模拟的温度场应真实地反映换热器中壳体115×6．5×1476流体的流动情况和传热性能。由于结构

5、和流道复换热管18一12×3×1500杂，在ANSYS中对固定管板式换热器内部流动及表2工艺条件传热进行模拟十分困难。目前采用ANSYS软件对这类换热器进行结构热应力分析时，大多采用简参数管程壳程化的二维或三维实体模型，再利用已知经验数据介质饱和蒸汽自来水入口温度／℃1lO27对模型施加边界条件，这些边界条件通常来源于出口温度／℃l10待定手册提供的数据或经验数据，而不是来源于严格的流体力学与传热的工艺数值计算，因此必然导作者简介：林桥(1984一)，男，广东阳江人，硕士研究生，广州致结果产生较大的偏差[3

6、】。由于准确的温度场是研特种承压设备检测研究院检验员，研究方向为过程装备CAD与CAE技术。第6期林桥等温度场加载方式对预应力换热器性能的影响一7一^∈{∈善龇i毒￡留表4最大预变形(mm)与最大综合应力(MPa)间的关系口OⅡ00000n00000OO003O0；i000O；，0200n；40O5O006OD蛇∞∞呻咐岫∞∞∞方式—＼预变形O0从∞∞傩吣应力＼．5360．6360．7360．8360．9361．0361．0861．1361．186间接加载等效应力(max)27616514813111410

7、0115122130l39轴向应力(max)240164149136l25123141152164175直接加载等效应力(max)281199184169153138124116120128轴向应力(max)28821219818417O156143138148l59(3)分析结果与实测数据比较为考察两种温度加载方式的差别，将实验结果与有限元分析结果进行了对比，选用蒸汽入口段管板表面的X方向路径的应变结果，对比如图6N图9所示。一车善l、避￡差至lI)毯00O0OO0O0日O00OO00000000000O

8、000B0000000a0日O0O40020●g010200450g00O0000000OO000000OdO24600O0i图6无预变形应变数据对比(左为间接加载，右为直接加载)00d0叭0020O30005cjO8路牲m)图7预变形0．069mm应变数据对比(左为间接加载，右为直接加载)0日uOO1O02000occ4O05o0600D00，oe20030G40O5o∞路往m、路程fnt)图8预变形0．184