基于ANSYS的管板有限元分析及其优化设计

换热器中的管板除了承受管程压力和壳程压力乊外,还要承受热流体和冷流体由于温度梯度所带来的温差应力,管板的受力情况复杂多变,严重影响换热设备的经济性和安全性。利用ANSYS有限元分析软件对管板进行了应力和热-应力耦合分析,比较了其应力云图的分布特点,再对7种工况下的应力进行评定,最后以管板质量为目标函数,以管板厚度为设计变量,以管板最大应力为状态变量,对管板进行结极的优化分析,所得结论对于换热器中管板的优化具有一定的指导意义。     

固定管板式换热器管板的有限元分析

应用ANSYS软件对固定管板式换热器管板进行应力分析,得到管程压力,壳程压力和热载荷三个不同工况组合下管板的应力,并根据JB4732-95《钢制压力容器-分析设计标准》对危险截面进行应力强度评定。分析结果表明,管板的强度满足要求,此文的研究方法为同类型换热器安全评估提供了参考。     

绕管式换热器管板的有限元应力分析与结构优化

绕管式换热器广泛应用于大型天然气液化装置,而管板是绕管式换热器的重要组成部件。由于管板处于管程、壳程交界处且布有密集的孔洞,降低了结构强度,使其成为LNG绕管式换热器的相对薄弱部位。利用Ansys有限元计算软件,对LNG绕管式换热器管板及其相连的管箱、换热器壳体进行整体建模和多工况下的有限元应力分析,并根据JB4732-1995进行强度校核。计算结果显示,换热器壳体对管箱短节部分的应力有较大影响;实例中换热器外壳的拉伸作用导致短节内侧局部薄膜应力过大,超出许用强度。增加短节厚度可以有效提高管箱强度;通过将原短节厚度由45 mm增加到57.5 mm,解决了局部薄膜应力过大的问题。     

双支点卧式固定管板换热器轴向组合应力分析

通过对几种工况条件下的轴向组合应力分析,阐述了双支点卧式固定管板换热器在每种工况下最大拉应力和最大压应力分别可能出现的位置。     

固定管板式换热器管板与换热管的可靠性分析

主要利用ANSYS有限元软件对固定管板式换热器管板与换热管进行应力分析,获得了该结构的应力强度分布图,可知该结构的最大应力强度发生在筒体与管板的连接处,最大应力强度为160.133 MPa。然后在应力分析的基础上,利用ANSYS有限元软件中的蒙特卡罗法对该结构进行可靠性分析,经过分析获得了其在置信度为95%且初值极限状态Z〈0（Z=σs-σmax）,其中σs为材料的屈服强度,σmax为容器在使用过程中出现的最大应力）的情形下的概率平均值为3.264 8%,即说明容器的可靠度为96.735 2%,并绘制了Z在置信度为95%的情形下的分布图和输出结果参数的灵敏度图,通过此次分析证明了该固定管板式换热器管板与换热管结构是安全可靠的。     

换热器管板热应力与机械应力耦合场分析

利用有限元分析软件ANSYS对某固定管板换热器在机械载荷和温度载荷共同作用下的应力强度进行分析,并对危险截面做应力评定和强度校核,找出最危险工况。     

高温换热器多场耦合数值模拟研究

建立了高温换热器流动和传热的数值模型,对5种不同工况条件下的换热器进行了数值模拟,得到换热器的流动和传热特性;在ANSYS软件中建立换热器管束三维有限元模型,通过ANSYS CFX-POST准确的将前面FLUENT计算得到的温度场、压力场映射到ANSYS结构模型中,对换热器进行多场耦合分析;通过热-结构应力分析,得到换热器管束的等效应力和位移分布状况,并确定了最大应力发生的位置和具体数值,对换热器进行强度评价。     

固定式管束釜式重沸器管板的应力分析

利用有限元程序自动生成系统(FEPG)开发了固定式管束釜式重沸器管板的参数化有限元计算程序,并利用该程序及VAS-ANSYS接口程序对某台固定式管束釜式重沸器进行了应力分析。各工况的计算结果表明,斜锥壳对管板应力分布规律影响较大,壳程压力和温度载荷共同作用时是换热器的最危险工况,最大应力强度值的位置发生在热端管板与壳程筒体短节过渡圆弧连接处的外表面,且位于管板的最低点。     

胀接压力与初始间隙对换热器胀接质量的影响

为研究换热管-管板胀接压力与初始间隙对换热器胀接质量的影响,采用胀接参数化模拟研究方法对液压胀接进行可靠性研究,建立换热管-管板胀接的弹塑性参数化几何模型,对不同的换热管-管板胀接压力和初始间隙进行研究,得到换热管残余等效应力、残余接触应力大小及分布规律。研究表明：胀接压力相同、间隙不同时,卸载后残余等效应力和残余接触应力值差别较小;初始间隙相同,胀接压力不同时,卸载后残余应力和残余接触应力值差别较大;换热管的残余等效应力和残余接触应力随着胀接压力的增大而增大,其变化趋势一致;当材料为Ti31钛合金、胀接压力为183 MPa时换热管与管板的初始间隙消除。研究结果为换热器最佳胀接性能优化及胀接质量的提高提供了依据。     

非对称管壳式换热器结构分析及改进中的问题研究

换热器主要是用于热交换的通用设备。在这里主要针对非对称管壳式换热器结构分析及改进中的问题研究进行具体的分析。对于管板上管柬非对称布置的换热器，无法采用通用的计算方法进行强度校核，只能采用数值求解的方法进行计算。本文即对这种带有异型管板的管壳式换热器．采用有限元数值求解的方法，进行了结构应力分析和设计改进方面的研究，另外，还对相关的强度计算公式进行了理论推导。介绍了结构温度场有限元分析的基本理论，合理地建立了固定管板式换热器温度场分析有限元模型，计算得到温度场，总结其分布规律，发现结构的各部分之间存在着较大的温差，可能产生较高的温差应力，同时还将该结果同其它边界条件下的计算结果进行了比较。