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    制冷裝置中異型管板的有限元分析

    發(fā)布于:2016-05-04 21:11
    有限元分析

          制冷裝置用蒸發(fā)器管板,由于管板結(jié)構(gòu)比較特殊性,無法采用GB 151-1999《管殼式換熱器》進行結(jié)構(gòu)設(shè)計。企業(yè)標準《制冷裝置用壓力容器部分元件的設(shè)計計算》中管板厚度公式考慮因素較少,且得出的厚度偏薄;诖搜芯楷F(xiàn)狀,本研究采用有限元分析方法,建立了包括筒體、換熱管和管板在內(nèi)的三維有限元計算模型,對蒸發(fā)器管板的穩(wěn)態(tài)溫度場和熱應(yīng)力場進行了分析。本研究分析的某系列蒸發(fā)器管板,工程設(shè)計中其厚度一律取38mm,F(xiàn)采用有限元分析軟件對該系列蒸發(fā)器管板進行應(yīng)力強度分析,以探討原設(shè)計方法的安全性和合理性,為進一步提出制冷裝置蒸發(fā)器管板的設(shè)計方法奠定基礎(chǔ)
          本研究采用VB和ANSYS的APDL語言進行混合編程設(shè)計的方法,利用VB界面輸入管板強度分析有關(guān)參數(shù),并由VB調(diào)用ANSYS APDL語言編寫的控件,建立參數(shù)傳遞機制,自動在ANSYS工作目錄下生成相關(guān)的宏文件,從而實現(xiàn)蒸發(fā)器管板強度的有限元分析。
          管板參數(shù)化有限元分析的VB界面如圖所示。此次分析的G1,G2和G3型蒸發(fā)器,結(jié)構(gòu)尺寸相同,換熱管數(shù)量和布管方式有所不同,管板兼做支撐,蒸發(fā)器幾何參數(shù),管板布管模型見圖。
          蒸發(fā)器殼程進出口工作溫度為1/19.5℃,管程進出口工作溫度為23.3/3℃,殼程設(shè)計溫度為149℃,設(shè)計壓力為1.38MPa,管程設(shè)計溫度為38℃,設(shè)計壓力為2.1MPa。以下物性參數(shù)均是在設(shè)計溫度條件下查得。
          1)對稱性。管板上換熱管排列采用左右對稱形式,所以實際模型可以簡化為具有一個對稱面的二分之一模型。
          2)邊緣效應(yīng)。由于換熱器的整體結(jié)構(gòu)較為龐大,考慮到計算機性能有限,可根據(jù)邊緣效應(yīng)公式L≥2.5Rt來確定筒體和換熱管沿殼程方向伸出管板的長度。由此公式得出換熱管伸出長度Lh≥7.0mm,殼體伸出長度Lq≥144.5mm?紤]到筒體和換熱管材料不同,在進行耦合運算時熱膨脹量不同,所以在本模型中,選取換熱管和筒體伸出長度為整個換熱器長度的一半,即長度為1559mm。
          3)其他簡化。忽略換熱管在管程伸出長度,忽略堆焊層。換熱管與管板采用強度脹,假設(shè)兩者緊密結(jié)合,建模時共用同一接觸面,不考慮接觸問題。在整個管板位置上,管板厚度并不是完全相同,在布管區(qū)外圍一小部分,厚度略小于38mm,忽略此差異,認為厚度一樣。


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