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换热器设计中的结构问题和最佳实践 黄志新 博士 安世亚太 1 © 2017 ANSYS, Inc. August 3, 2017 ANSYS UGM 2017 演讲目录 •换热器设计中的结构仿真需求分析 •换热器结构仿真分析的解决方案及关键技术 •换热器设计的结构仿真最佳实践 2 © 2017 ANSYS, Inc. August 3, 2017 ANSYS UGM 2017 换热器设计中的结构仿真需求分析 • 换热器的形式多样 ◦ 固定管板式换热器 ◦ 浮头式换热器 ◦ U形管式换热器 ◦ 套管式换热器 ◦ 缠绕管式换热器 ◦ 板式换热器 ◦ ………… 3 © 2017 ANSYS, Inc. August 3, 2017 ANSYS UGM 2017 换热器设计中的结构仿真需求分析 • 强度分析需求 ◦ 换热器主承压元件不发生强度失效，不会因强度不足而导致破坏 ◦ 解决方案  对换热器进行应力分析，按照压力容器标准与换热器标准进行强度校核 • 刚度分析需求 ◦ 换热器关键位置有足够刚度，不发生过量变形失效 ◦ 管板与法兰密封面无过量变形，保证密封效果 ◦ 解决方案  管板、法兰与螺栓连接系统接触分析，得到密封面接触状态关系 4 © 2017 ANSYS, Inc. August 3, 2017 ANSYS UGM 2017 换热器设计中的结构仿真需求分析 • 振动分析需求 ◦ 换热器内流体诱导换热器振动 ◦ 地震载荷导致换热器振动 ◦ 解决方案  双向、瞬态流-固耦合  地震载荷时程分析 • 热分析需求 ◦ 求解换热器温度场，了解温度分布情况，进而了解温度梯度分布 ◦ 解决方案  瞬态热分析  稳态热分析 5 © 2017 ANSYS, Inc. August 3, 2017 ANSYS UGM 2017 换热器设计中的结构仿真需求分析 • 热应力分析需求 ◦ 找到温度梯度较大区域，该区域存在较大温差应力，恶化应力场 ◦ 管板热应力问题 ◦ 解决方案  稳态/瞬态热-结构顺序耦合分析  利用耦合场单元进行强耦合分析  对管板热应力进行评定 6 © 2017 ANSYS, Inc. August 3, 2017 ANSYS UGM 2017 演讲目录 •换热器设计中的结构仿真需求分析 •换热器结构仿真分析的解决方案及关键技术 •换热器设计的结构仿真最佳实践 7 © 2017 ANSYS, Inc. August 3, 2017 ANSYS UGM 2017 方便易用且功能强大的网格划分技术 • 体网格划分 ◦ 六面体  All Hex Swept Meshing MultiZone Mesh  MultiZone meshing  Hex Dominant Geometry with valve inside Hex Dominant Mesh