溫度場加載方式對預(yù)應(yīng)力換熱器性能的影響-論文.pdf

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1、J4一■論文廣場石20油和化工設(shè)備．14年第17卷溫度場加載方式對預(yù)應(yīng)力換熱器性能的影響林橋，郭崇志。(1．廣州特種承壓設(shè)備檢測研究院，廣東廣州510663)(2．華南理工大學，廣東廣州510640)[摘要]通過建立由殼體、管板和換熱管等組成的固定管板換熱器有限元分析模型，比較了溫度場直接加載和間接加載兩種方式對預(yù)應(yīng)力換熱器性能分析的影響。間接加載是將cFD模型中的軸向溫度數(shù)據(jù)擬合成函數(shù)加載到ANSYS模型中作為溫度邊界條件；直接加載是將數(shù)據(jù)直接AkCFD模型中轉(zhuǎn)換為ANSYS模型的溫度邊界條件。通過采用不

2、同溫度加載方式研究預(yù)應(yīng)力換熱器的性能變化，發(fā)現(xiàn)間接加載簡便快捷，直接加載的結(jié)果更符合實測，兩種方式都可以實現(xiàn)預(yù)應(yīng)力分析，并可滿足工程要求。[關(guān)鍵詞]固定管板換熱器；預(yù)應(yīng)力換熱器；溫度場；直接加載；間接加載固定管板式換熱器是目前應(yīng)用廣泛的管殼式究溫差應(yīng)力及其危害的前提，本文采用CFD軟件換熱器。其中管束、管板和殼體三大主要構(gòu)件彼進行工藝分析計算，從而得到管殼式換熱器準確此相互約束，因而產(chǎn)生溫差應(yīng)力。過大的管殼壁的溫度場。溫差引起的熱應(yīng)力是導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞的主要原因之通過CFD軟件算出管殼式換熱器準確的溫度一。為了

3、降低換熱器中由于溫差應(yīng)力而導(dǎo)致的破場分布后，本文采用兩種加載方式將溫度場加載壞，可以從結(jié)構(gòu)和工藝兩方面采取措施。文獻[1】提到ANsYS模型中進行熱一結(jié)構(gòu)耦合分析，并比較出了一種預(yù)應(yīng)力換熱器制造專利技術(shù)。文獻對了兩種加載方式所產(chǎn)生結(jié)果的差別。某預(yù)應(yīng)力換熱器進行過粗略的計算，通過假定管1建模板為剛性板，計算熱膨脹差導(dǎo)致的熱應(yīng)力，并將預(yù)應(yīng)力換熱器和相應(yīng)的普通管殼式換熱器的計算1．1幾何模型及工藝條件結(jié)果進行了對比，得知預(yù)應(yīng)力換熱器管子和管板本文研究的換熱器為折流桿式固定管板式換在工作狀態(tài)所受的熱應(yīng)力為普通管殼式

4、換熱器的熱器，幾何結(jié)構(gòu)模型見圖1，模型主要結(jié)構(gòu)尺寸見一半以下，說明預(yù)應(yīng)力換熱器技術(shù)的效果非常顯表1幾何模型主要結(jié)構(gòu)尺寸著。預(yù)應(yīng)力換熱器可以較好地消除或降低固定管參數(shù)尺寸／mm板式換熱器中溫差應(yīng)力的影響，提高這類換熱器管板厚度6=12的工作可靠性和擴大工作溫差范圍，因此具有很管板外徑l25好的工作適應(yīng)性【。導(dǎo)流筒外徑厚度長度92×1×120在利用ANSYS軟件對管殼式換熱器進行模管心距Pt=l9(=角排列)擬分析時，模擬的溫度場應(yīng)真實地反映換熱器中殼體115×6．5×1476流體的流動情況和傳熱性能。由于結(jié)構(gòu)

5、和流道復(fù)換熱管18一12×3×1500雜，在ANSYS中對固定管板式換熱器內(nèi)部流動及表2工藝條件傳熱進行模擬十分困難。目前采用ANSYS軟件對這類換熱器進行結(jié)構(gòu)熱應(yīng)力分析時，大多采用簡參數(shù)管程殼程化的二維或三維實體模型，再利用已知經(jīng)驗數(shù)據(jù)介質(zhì)飽和蒸汽自來水入口溫度／℃1lO27對模型施加邊界條件，這些邊界條件通常來源于出口溫度／℃l10待定手冊提供的數(shù)據(jù)或經(jīng)驗數(shù)據(jù)，而不是來源于嚴格的流體力學與傳熱的工藝數(shù)值計算，因此必然導(dǎo)作者簡介：林橋(1984一)，男，廣東陽江人，碩士研究生，廣州致結(jié)果產(chǎn)生較大的偏差[3

6、】。由于準確的溫度場是研特種承壓設(shè)備檢測研究院檢驗員，研究方向為過程裝備CAD與CAE技術(shù)。第6期林橋等溫度場加載方式對預(yù)應(yīng)力換熱器性能的影響一7一^∈{∈善齜i毒￡留表4最大預(yù)變形(mm)與最大綜合應(yīng)力(MPa)間的關(guān)系口OⅡ00000n00000OO003O0；i000O；，0200n；40O5O006OD蛇∞∞呻咐岫∞∞∞方式—＼預(yù)變形O0從∞∞儺吣應(yīng)力＼．5360．6360．7360．8360．9361．0361．0861．1361．186間接加載等效應(yīng)力(max)27616514813111410

7、0115122130l39軸向應(yīng)力(max)240164149136l25123141152164175直接加載等效應(yīng)力(max)281199184169153138124116120128軸向應(yīng)力(max)28821219818417O156143138148l59(3)分析結(jié)果與實測數(shù)據(jù)比較為考察兩種溫度加載方式的差別，將實驗結(jié)果與有限元分析結(jié)果進行了對比，選用蒸汽入口段管板表面的X方向路徑的應(yīng)變結(jié)果，對比如圖6N圖9所示。一車善l、避￡差至lI)毯00O0OO0O0日O00OO00000000000O

8、000B0000000a0日O0O40020●g010200450g00O0000000OO000000OdO24600O0i圖6無預(yù)變形應(yīng)變數(shù)據(jù)對比(左為間接加載，右為直接加載)00d0叭0020O30005cjO8路牲m)圖7預(yù)變形0．069mm應(yīng)變數(shù)據(jù)對比(左為間接加載，右為直接加載)0日uOO1O02000occ4O05o0600D00，oe20030G40O5o∞路往m、路程fnt)圖8預(yù)變形0．184