换热器的文献综述和参考文献(2)
最后也是最重要的是U形管换热器的制造，虽然我们要做的仅仅只是设计而已，但还是要结合其制造工艺对其进行优化。目前U形管换热器大量应用于高温高压的场合。与浮头式换热器相比，U形管换热器的管束小易发生内漏，即使发生内漏，也非常容易处理。与同等规格浮头式换热器相比，U形管换热器能够承受更大的温度和压力波动，有利于装置的安稳运行[2]。
管板的有限元分析
在这次的设计中有限元分析也是重中之重。而管板作为管壳式换热器的主要零部件之一，管板的合理设计和对其的有限元分析也具有重要意义。同时还要考虑温度对管板的影响，很多固定管板式换热器是因为温度引起的热应力而遭到破坏。
GB151-2005《钢制管壳式换热器》给出了管板的计算方法，对管板作出了不同程度的简化和假设，把管板看作是承受均布载荷，放置在弹性基础上并因管孔削弱的当量圆板。然后根据载荷的大小，管束的刚度及周边支承情况来确定管板的弯曲应力、剪切应力。但实际上管板受到管程压力、壳程压力、密封圈的比压力、螺栓的预紧力以及温度等载荷的作用，而且换热器的结构元件的尺寸和材料性能都直接或间接的影响管板的强度。
胡锡文，林兴华[3]采用了三文有限元分析方法，模型图见图2.1。综合考虑在压力载荷和温度载荷的作用下对管板的强度校核；并且考虑在温度载荷单独作用下对管板产生的热应力，以及管板温度场的分布和管板的热变形。经有限元计算，整个换热器在压力和温度载荷共同作用下的应力云图如图2.2所示。
图2.1 有限元计算模型图 图2.2 整体应力分析图
考虑在温度载荷单独作用下温度对管板的影响，即不考虑压力载荷，温度载荷和上面一样。由于现有的计算条件限制，不可能全部采用实体单元进行模拟。通过前面的分析可知应力最大值出现在壳体与管板的连接处，其次在管板与管子连接处，所以重点考虑此处的温度场和热应力情况，单独考虑管板的实体单元，管程和壳程用温度边界条件来限制：在壳程管板侧加上固定温度边界条件，在管程管板侧加上固定温度边界条件，在管板与空气接触面加上温度，在相应面上加上对流系数，定义管板的导热系数。采用热和结构的间接耦合分析，热分析时仅
考虑稳态热传导的情况。从而得到管板的温度场图2.3和结构应力分布图2.4。
图2.3 管板温度场分布云图 图2.4 管板热应力分布云图
从图2.3可与看出：管板的壳程的温度梯度变化最急剧；管板布管处温度变化也很明显；在管板周边处的温度梯度变化不大。图2.4可以看出：温度载荷对管板产生了很大的热应力；应力强度最大值发生在壳程与管板的连接处。另一个热应力较大的地方在管板与换热管连接处。
通过以上分析可知，压力载荷与温度对结构应力分布的影响，从应力分布可以看出：三文有限元分析比较细致地考虑了各部件（换热管、壳体、密封力、螺栓力等）对管板的作用，所以结果能更真实反映实际的应力分布状况，特别是在计算中考虑了温度载荷的用；温度载荷对管板造成了较大的热应力；从整个管壳式换热器来看，最大应力不是在管板上，往往发生在结构不连续的管板与壳体连接处。
参考文献
[1] 张勇，闫媛媛，杨飞. 管壳式换热器研究进展.广东化学.2012,18:107-109.
[2] 王伟. U形管换热器的制造工艺简介.工程技术.2006,5:21-23.
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