ASME中基于彈性理論的換熱器管板簡化分析.pdf

1、固定管板式換熱器是石油化工行業(yè)中常用的單元設(shè)備，其中換熱器管板起固定換熱管并隔絕冷熱流體的作用，以實(shí)現(xiàn)冷熱流體之間的熱量交換。換熱器管板通常承受著比較復(fù)雜的載荷，如機(jī)械載荷、壓力載荷以及熱載荷等，因此換熱器管板的設(shè)計(jì)尤為重要。隨著化工行業(yè)產(chǎn)量需求越來越大，換熱器的尺寸也隨之增加，超出標(biāo)準(zhǔn)尺寸限制的大型換熱器管板設(shè)計(jì)并無標(biāo)準(zhǔn)可循，因此需要用到基于有限元分析的分析設(shè)計(jì)方法。大直徑管板上換熱管數(shù)量巨大，建模和計(jì)算相當(dāng)復(fù)雜，因此根據(jù)ASMEⅧD

2、iv-1&2提供的方法和前人的研究成果，本文提出了兩種大直徑固定管板式換熱器管板簡化計(jì)算模型。
　　本文提出的第一種模型是將多孔板替換成具有有效彈性模量E*和有效泊松比v*的當(dāng)量實(shí)心板，換熱管采用BEAM188單元，其余部件采用SOLID185單元建立三維有限元模型。第二種模型是在當(dāng)量實(shí)心板的基礎(chǔ)上，將所有管子替換成若干與換熱管支撐剛度相等的同心圓筒，然后圓筒采用BEAM3單元建模，其他部件采用平面單元PLANE182建立軸對(duì)稱模

3、型。上述兩種簡化模型計(jì)算所得的應(yīng)力通過有效管孔削弱系數(shù)μ*的修正得到管板的真實(shí)應(yīng)力。將模型一和模型二與三維實(shí)體模型管板應(yīng)力進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了本文所提出的兩種簡化模型的準(zhǔn)確性與可行性，同時(shí)能夠節(jié)省計(jì)算資源，提高分析設(shè)計(jì)效率。
　　最后本文還研究了不同圓筒數(shù)量對(duì)軸對(duì)稱模型計(jì)算結(jié)果的影響，結(jié)果表明圓筒數(shù)量越多越精確。另外，ASME標(biāo)準(zhǔn)中將正方形布管管板有效彈性常數(shù)分為各向同性和各向異性，本文針對(duì)這兩種情況做了計(jì)算對(duì)比，發(fā)現(xiàn)兩種情況的計(jì)算結(jié)