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制冷装置中异型管板的有限元分析

发布于:2016-05-04 21:11
有限元分析

      制冷装置用蒸发器管板,由于管板结构比较特殊性,无法采用GB 151-1999《管壳式换热器》进行结构设计。企业标准《制冷装置用压力容器部分元件的设计计算》中管板厚度公式考虑因素较少,且得出的厚度偏薄。基于此研究现状,本研究采用有限元分析方法,建立了包括筒体、换热管和管板在内的三维有限元计算模型,对蒸发器管板的稳态温度场和热应力场进行了分析。本研究分析的某系列蒸发器管板,工程设计中其厚度一律取38mm。现采用有限元分析App对该系列蒸发器管板进行应力强度分析,以探讨原设计方法的安全性和合理性,为进一步提出制冷装置蒸发器管板的设计方法奠定基础
      本研究采用VB和ANSYS的APDL语言进行混合编程设计的方法,利用VB界面输入管板强度分析有关参数,并由VB调用ANSYS APDL语言编写的控件,建立参数传递机制,自动在ANSYS工作目录下生成相关的宏文件,从而实现蒸发器管板强度的有限元分析。
      管板参数化有限元分析的VB界面如图所示。此次分析的G1,G2和G3型蒸发器,结构尺寸相同,换热管数量和布管方式有所不同,管板兼做支撑,蒸发器几何参数,管板布管模型见图。
      蒸发器壳程进出口工作温度为1/19.5℃,管程进出口工作温度为23.3/3℃,壳程设计温度为149℃,设计压力为1.38MPa,管程设计温度为38℃,设计压力为2.1MPa。以下物性参数均是在设计温度条件下查得。
      1)对称性。管板上换热管排列采用左右对称形式,所以实际模型可以简化为具有一个对称面的二分之一模型。
      2)边缘效应。由于换热器的整体结构较为庞大,考虑到计算机性能有限,可根据边缘效应公式L≥2.5Rt来确定筒体和换热管沿壳程方向伸出管板的长度。由此公式得出换热管伸出长度Lh≥7.0mm,壳体伸出长度Lq≥144.5mm。考虑到筒体和换热管材料不同,在进行耦合运算时热膨胀量不同,所以在本模型中,选取换热管和筒体伸出长度为整个换热器长度的一半,即长度为1559mm。
      3)其他简化。忽略换热管在管程伸出长度,忽略堆焊层。换热管与管板采用强度胀,假设两者紧密结合,建模时共用同一接触面,不考虑接触问题。在整个管板位置上,管板厚度并不是完全相同,在布管区外围一小部分,厚度略小于38mm,忽略此差异,认为厚度一样。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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