基于ANSYS的双管板换热器管板厚度设计探讨.docVIP

基于ANSYS的双管板换热器管板厚度设计探讨 杨玉强1，贺小华2，杨建永 1 （1．南京市锅炉压力容器检验研究院，江苏南京210002；2．南京工业大学机械与动力工程学院，江苏南京210009） 摘要：由于双管板换热器管板结构的多样性， 其管板厚度设计方法目前国内没有标准可依。针对某U型管及固定管壳式换热器双管板结构，根据SW6软件相应模块进行管板厚度近似计算，在此基础上采用ANSYS软件对管板结构进行热应力分析和优化设计，进一步讨论了聚液壳结构的影响。分析结果表明，双管板换热器管板厚度采用SW6软件近似计算是安全的，但结果过于保守。有限元优化设计有效地降低了管板厚度，为双管板换热器管板设计提供了有效手段。 关键词：双管板换热器；管板厚度；聚液壳；热应力；有限元优化设计中图分类号：TQ051．5；O241．82 文献标识码：A 文章编号：1001－4837（2010）10－0030－06 doi：10．3969/j．issn．1001－4837．2010．10．006 DiscussiononThicknessDesignofTubesheetforDouble Tube－sheetHeatExchangerbyANSYS YANGYu－qiang1，HEXiao－hua2，YANGJian－yong1 （1．NanjingBoiler＆PressureVesselSupervisionandInspectionInstitute，Nanjing210002，China；2．Col-legeofMechanicalandPowerEngineering，NanjingUniversityofTechnology，Nanjing210009，China）Abstract：Duetothediversityofthetubesheetconstructionfordoubletube－sheetheatexchangers，thereisnonationaldesignstandardfortubesheetdesign．TheapproximatecalculationoftubesheetbasedonSW6softwarewasmadeforU－tubeandfixedshellandtubeheatexchangers，andthethermalstressa-nalysisandoptimizationdesignoftubesheetweremadebyANSYSsoftware，furthermore，theeffectoftheliquidgatheringshellwasstudied．Theresultsshowthattheapproximatecalculationofthedesignthick-nessoftubesheetfordoubletube－sheetheatexchangersbySW6softwareissafe，buttheresultiscon-servative．Optimizationdesignbasedonfiniteelementanalysishaseffectivelyreducedthedesignthick-nessoftube－sheetandprovidedaneffectivemeansforthedesignoftubesheetfordoubletube－sheetheatexchangers． Keywords：doubletube－sheetheatexchanger；thicknessoftubesheet；liquidgatheringshell；thermalstress；finiteelementoptimizationdesign 符号说明： L———双管板间距，mm f———换热管挠度，mm Db———排管圆直径，mm σt———换热管材料的屈服限，Mpa Et———换热管材料的弹性模量，MPa σtt，σss，σst———换热管端面拉应力、壳程筒体端面拉 应力、换热管端面压应力， MPa［σ］ ———管板材料许用应力强度，MPaA1，A2———管板1和管板2在优化设计中的厚度，mmSMAX1，SMAX2———管板1和管板2在优化设计中的 应力强度， MPaPs，Pt———壳程和管程设计压力，MPa As，At———管板壳程侧和管板管程侧有效受压面积， m2 Do，Di———壳程筒体外径和内径，mdo，di———换热管外径和内径，mNsh，Ntu———壳程筒体、管束内力， NΔlsh，Δltu———壳程筒体、管束的轴向变形量， mΔltsh，Δlp sh———壳程在温度载荷、内压作用下的轴向变 形量， mΔlEJ— ——每一个膨胀