发布时间：2023-10-29 来源：火狐平台首页

  DOI:10. 19392/ j. cnki. 1671-7341. 201930113基于有限元模拟的板式换热器结构分析林伟杰 1,2 武全萍 1,2 马竞男 31. 天津市先进机电系统模块设计与智能控制重点实验室 天津 300000;2. 天津理工大学机械工程学院 天津 300384;3. 天津壹新环保工程有限公司 天津 300403摘 要:板式换热器作为一种能承受压力的容器,其结构强度的优劣对换热器性能有较大的影响。 本位利用 SolidWorks 软件建立了板式换热器的三维模型,并结合 ANSYS 软件对板式换热器的结构可以进行有限元分析,得出了板式换热器结构应力的分布情况。 通过结果分析,可以为板式换热器的...

  DOI:10. 19392/ j. cnki. 1671-7341. 201930113基于有限元模拟的板式换热器结构分析林伟杰 1,2 武全萍 1,2 马竞男 31. 天津市先进机电系统模块设计与智能控制重点实验室 天津 300000;2. 天津理工大学机械工程学院 天津 300384;3. 天津壹新环保工程有限公司 天津 300403摘 要:板式换热器作为一种能承受压力的容器,其结构强度的优劣对换热器性能有较大的影响。 本位利用 SolidWorks 软件建立了板式换热器的三维模型,并结合 ANSYS 软件对板式换热器的结构可以进行有限元分析,得出了板式换热器结构应力的分布情况。 通过结果分析,可以为板式换热器的结构优化提供相关依据。关键词:板式换热器;结构应力;ANSYS 分析中图分类号:TQ 051. 5 板式换热器具有传热系数高,适应能力强,易于清洗和相对于管式换热器来说金属耗材小等优点,在能源、食品、化工、纺织等各行各业中都存在广泛的应用。 但板式换热器在设计时,其流程与管程依照所选取介质的流动状态计算而定,所以选取范围较为广泛。 因此在换热器的设计中往往存在着较大的不确定性。 在设计计算完成之后,常常要通过有限元分析的方式,来模拟换热器在实际在做的工作状况下的受力情况。 通过对板式换热器的有限元分析来模拟其结构应力,并根据此计算模拟结果对其进行总结分析, [1] 根据此分析结果,可以为板式换热器的正常使用和故障检验测试提供支持,也可为提高换热器性能提供理论依照。本文通过 ANSYS 软件对某板式换热器的结构应力进行了有限元模拟分析,并根据模拟结果分析了板式换热器在运行过程中有几率存在的问题。1 换热器数值模拟分析所选取的板式换热器板片的几何参数如表 1 所示,换热器的材料属性如表 2 所示。表 1 板片几何参数单板面积 0. 3m 2 流道宽度 320mm平均版间距 4. 4mm 法向波纹节距 12mm波纹形式 人字形 波纹板角度 120波纹形状 等腰三角形表 2 主要材料属性参数构建名称 材料 弹性模量 E × 10 5 / MPa 伯松比 许用应力 S m / MPa固定压紧板 SUS304 1. 940 0. 3 114活动压紧板 SUS304 1. 940 0. 3 114加紧螺柱 SA193B7 2. 000 0. 3 172板片 SUS304 1. 940 0. 3 114 用 ANSYS 软件,对换热器进行模拟,模拟结果如图1 所示。图 1 模型和网格图因为该换热器为对称结构,根据它的结构特点和载和性质,只对该换热器的其中一半进行三维建模并做有限元分析, [2] 所有部位均采用非结构化网格进行网格划分。 为简化建模和计算,本文采用 8 根弹簧来代替板片做应力分析。1. 1 应力加载根据对换热器的计算,换热器管程压力为 1. 6MPa,选取当地的重力加速度为9.8m/ s 2 ,经计算可得螺栓预紧力为 64550N,温差压力可忽略不计。 添加预紧力为 64550N。 [3] 设置好约束效果之后,能够获得模拟后的分析结果,结果如图2 所示。图 2 设置应力后模型1. 2 模拟结果通过 ANSYS 软件对换热器计算仿真之后导出应力云图,如图 3 ~4 所示。图 3 固定、活动压紧板应力云图图 4 加紧螺柱结构应力云图由上图可得出固定板的最大应力 32MPa 和活动板的最大应力33MPa 均小于该结构材料的最大许用应力,螺栓的最大应力为73MPa,也小于其材料的最大许用应力,故本次计算结果合理。2 结论(1)螺栓的受力最大,远远高出换热器其他部件承受的压力,因此在使用的过程中最易损坏,使用时应定期对其进行检修,以保证换热器正常的工作。 (2)固定压紧板和活动压紧板所受压力虽然在材料的许用范围以内,但固定压紧板的板片中央,活动压紧板与螺栓结合的孔口压力较大,且在实际过程中,其承受的实际压力要大于软件模拟的结果。参考文献:[1]徐志明,王月明,张仲彬. 板式换热器性能的数值模拟.动力工程学报,2011(3):198-202.[2]张娄红,刘功祥. 基于有限元模拟的板式换热器结构应力分析. 化工装备技术,2018(6):25-27.[3]姚恺,张方驹,侯聪. 基于流热固耦合的板式换热器热应力分析. 江苏航空,2016(4):24-26.项目:天津市科技重大专项与工程(编号:18ZXSZSF00140);天津市大学生创新创业训练计划(3)作者简介:林伟杰(1999-),男,福建漳州人,本科。1 3 1 科技风 2019 年 10 月 机械化工万方数据