基于热流固耦合的换热器温差应力分析

建立了某固定管板式换热器的热流固耦合仿真分析模型.首先以CFD方法计算得到换热器流体和固体温度场,然后将其作为热载荷对换热器结构进行热应力计算,着重分析管板与管子及壳体连接处的热应力分布.     

大型固定管板式换热器管板稳态温度场及热应力场分析

采用有限元分析软件ANSYS,对某大型固定管板式换热器管板的稳态温度场和热应力场进行了三维有限元分析。采用APDL语言建立了包括管箱、筒体和2433根换热管在内的四分之一管板的参数化模型。分析了对流边界条件下管板的温度场和相应的热应力场,提出并论证了温度场和热应力场迭代计算的必要性,得到了该边界条件下管板温度场和热应力场的分布规律。     

换热器流固传热边界数值模拟温度场的顺序耦合方法

通过建立由壳体、管板和换热管等组成的换热器有限元分析模型,使用FLUENT生成的CDB文件和ANSYS本身的物理场进行耦合,把外部CBD边界条件映射到ANSYS模型上。先利用"分段建模,整体综合"技术,从实现换热器的工艺热分析的角度考虑,由FLUENT软件得到换热器整体温度场,输出得到了包含固体表面节点、单元和温度载荷等信息的CDB文件,然后利用温度场顺序耦合的思想,利用由FLUENT得到的结构温度场边界,在ANSYS软件中取节点文件并求解,创建结构热分析所需的结构温度场。比对CFD结果和有限元结果可知,两者温度场的分布没有差别,此耦合过程中没有出现失真现象,这为研究换热器的温差应力分析提供了可靠的依据。     

三叶孔板换热器壳程流体流动和传热特性数值研究

利用FLUENT软件对三叶孔板换热器壳程流体流动和传热特性进行了数值模拟研究,通过建立周期性全截面计算模型,对其强化传热机理进行了研究,分析了壳程内不同位置换热管壁面对流传热系数与换热管至壳体轴心距离的关系。结果表明:流体流经三叶孔时产生的射流以及在三叶孔板后产生的二次流动使壳程传热得到强化;三叶孔板换热器壳程内随着换热管至壳体轴心距离的增大,换热管壁面对流传热系数逐渐减小。     

基于有限元方法对换热器设计方案的改进

采用三维有限元方法,对某固定管板式换热器在温度载荷作用下进行热应力分析。根据热应力分布特点,分析温度载荷对管板、壳体等产生的影响,提出设计方案的改进,并作同样的有限元分析。经比较发现,改进后热应力大大减小。     

基于流固耦合的管壳式换热器热力学计算研究

针对管壳式换热器存在的由于管壳程温差过大而在管板等处产生过大应力梯度的问题,建立典型换热器单元,基于流固耦合和传热理论,采用有限元法和有限体积法,分析研究管壳式换热器的传热特点、流体动力学特性以及管壳式换热器筒体、管板、管箱等结构的温度分布特点。并以此作为温度载荷,研究换热器金属结构的热应力分布情况,取不同路径观察换热器应力集中区域的应力变化,得出换热管、管板以及筒体连接区域的应力分布特性,实现了换热器流体流动、耦合传热以及应力计算的综合分析。     

固定管板式换热器的温度场数值分析

在对实际结构进行合理简化的基础上,以影响流动和传热的主要结构建立了某固定管板式换热器温度场数值计算模型,采用分段模拟、整体综合的方法,利用CFD软件Fluent对该换热器在正常操作工况下的流动与传热情况进行了数值模拟,得到了计算流道上有关各个构件的壁温场分布,并把主要结构CFD数值计算的结果与实测温度数据进行了对比。结果表明,CFD模拟模型数值分析得到的温度数据与实测数据相符,说明温度场的数值模拟分析方法及其流动条件的假定是符合实际的,计算参数选择是合理可行的。有关固定管板换热器中管束、管板和壳体的温度梯度变化情况的分析表明,尽管在它们的轴向、周向和径向都存在温度梯度,但是温度梯度变化最大的方向是轴向,这意味着轴向将产生最大热应力。     

换热器部件的热应力分析新方法

针对换热器管束与壳体之间由于各种内摩擦引起的热变形现象,分析其作用机理并建立相关力学模型。内摩擦力计算结果表明,在纵向增大管束与壳壁间的接触面积,不会减少两者之间的总摩擦力;在周向增加管束与壳壁间的接触点,会减少两者之间的总摩擦力;将管束与壳壁间的滑动摩擦转化为滚动摩擦,也可减少两者之间的总摩擦力。针对管板周向、径向和厚度方向各自温差情况推导出热应力计算式,针对管束的不均匀温度场推导出管束整体热应力及管层间温差引起换热管热应力的计算式,方便了换热器工程设计及其强度核算。     

基于ANSYS的换热器管束振动模态分析

根据固定管板式换热器的结构特点,采用有限元法对该结构进行有限元离散,壳体、固定管板、折流板采用空问壳单元模拟、换热管采用空问梁单元模拟,分别建立了精细的有限模型和常规的简化有限元模型,对管束动态特性进行了计算。其结果对于预测换热器的振动具有十分重要的现实意义。     

预变形加载方式对预应力换热器性能的影响

通过建立由壳体、管板以及换热管等构成的固定管板换热器有限元分析模型,研究了不同的制造技术对预应力换热器性能的影响,探讨了给定温度场下,两种预变形加载方式对管板强度的影响,得到了管板与管子连接局部应力随预变形变化的规律。研究发现,两种制造技术得到的预应力换热器都能显著降低管子与管板连接局部的应力集中,而分段加载技术具有更强的适应性和经济性。     

大型阳极保护浓硫酸冷却器应力分析

应用ANSYS软件,对某大型阳极保护浓硫酸冷却器建立了管板和壳体的有限元实体模型,得到了管板和壳体在工作状态下的温度分布。同时按照JB4732-1995《钢制压力容器——分析设计标准》分析了管板和壳体在5种工况下的应力状况,并进行了应力强度评定,找到了换热管最大拉脱力的位置。结果表明,该设备管板和壳体满足强度要求。     

介质温度对换热器胀接接头的影响分析

在换热器不同的工作介质温度下,选取液压胀接后的管板与接头为研究对象,建立了换热管与管板接头三维有限元模型,模拟分析了在10种介质温度下接头胀接后的密封性能和拉脱强度。计算结果表明,在工作状态下,残余接触压力随管程介质温度的升高先增加后减小,然后趋于稳定;拉脱力随温度升高先增大,然后趋于稳定。同常温相比,管程的介质温度升高使它的密封性能和拉脱强度都得到增强。     

对流换热条件下内外翅片管应力分析

采用ANSYS有限元分析软件,对内外翅片管在不同工况下的高温应力场进行了分析。结果表明,温度载荷所产生的热应力是应力的主要部分,最大应力发生在内翅片与换热管焊接处;内侧压力载荷对热应力具有增强作用,而外侧压力载荷对热应力具有削弱作用;温度载荷是引起热变形的主要因素。     

X型板式换热器的数值模拟结构热应力分析

应用Ansys对X型板式换热器进行热应力的数值模拟结构分析,模拟采用三板双通道形式、接缝处分别为辊焊焊接形式的模型,在模型的最外壁分别加以位移为0载荷,以固定板片模型为静态形式。在上下两个通道口分别给与温度载荷进行热分析,并应用间接热固耦合法进行热应力分析。研究结果表明:在板身区域,热应力均匀且非主要强应力区域;在焊接处及板与板之间的夹角处为热应力集中且易破坏区域。     

铝管与钢管板胀接连接的弹塑性分析与试验

通过铝管内衬一薄壁钢套管再与钢管板胀接来解决铝管与钢管板的连接这一难题 ,运用弹塑性理论对这种胀接结构进行理论分析并进行了拉脱强度试验。结果表明 ,这种胀接接头有非常好的拉脱强度 ,能够满足制造业的需要。     

壳管式换热器启动过程中管壳间温差数值计算和应力分析

以中原乙烯运行的由CTIP公司提供的壳管式换热器为例 ,建立非稳态传热数学模型 ,进行数值求解 ,计算出启动过程中各个时刻的管壳间温差 ,并分析对此温差的影响因素。进一步对炉管进行启动过程应力分析 ,并提出减轻造成炉管失效的附加应力因素的措施。     

两种波形换热管刚度和应力的有限元分析

波纹管和波节管是在余热回收换热器中使用的两种换热元件,本文以波形管的实际约束和受力状况为基础,用有限元分析比较了二者的应力和应变情况,得到了薄壁波纹换热管的应力和应变(刚度)分布规律,为工业应用提供了可靠理论依据.     

保温层对废热锅炉温度及温差应力影响的有限元分析

对壳体外部设有保温层及未设保温层的两台废热锅炉用ANSYS进行了数值模拟,分析了该废热锅炉的温度场分布情况,计算出由温度梯度产生的温差热应力。并将两台废热锅炉的温度和温差热应力情况进行对比,得出保温层可以降低外壁面温度和温差热应力的结论。