欢迎访问海基科技官网

固定管板式换热器具有结构坚固、操作弹性大、可靠性高等特点,被广泛应用于各个工业领域。固定管板式换热器中的管束、管板和壳体三大主要构件彼此连接在一起,在换热过程中它们分别与不同温度的流体接触,产生一定的温差,从而使得刚性连接的构件间热变形受到约束,进而产生温差应力。

建立换热器的多物理场仿真模型:

换热器结构如图所示。

1-管城进口管 2-管箱 3-管板 4-壳程进口管

5-壳体 6-壳程出口管 7-壳程出口管

8-隔板 9换热管

换热器结构图

换热器内的冷热介质的流动和传热过程可分解成三个物理问题:(1) 黏性不可压缩流体在管程和壳程内的湍流流动过程;(2) 黏性不可压缩流体与管程和壳程固体壁面之间的对流传热过程;(3) 换热器筒体、管板和换热管固体内的热传导过程。分别使用FLUENT与ANSYS对流体与结构进行分析,使用MpCCI作为耦合工具,使FLUENT与ANSYS之间可以进行数据交换。

CFD模拟结果:

ANSYS 热应力分析:

            管板应力分布(壳程侧)               管子和管板轴向应力分布(壳程侧)

结论:

基于MpCCI的耦合方法,利用FLUENT对流体流动和传热分析的结果,通过数据的插值计算处理,寻求在ANSYS中可以直接利用FLUENT输出数据的方法,避免了以往要对FLUENT的结果进行简化处理才能实现ANSYS中加载的困难,可以直接利用这种方法,对换热器进行了整体的热分析以及热应力分析,分析结果表明这种分析方法是有效的,模拟的结果符合换热器工作状态下的情况。利用CFD技术有利于在换热器工艺性能数值计算的基础上,进一步利用CFD的完整数据进行热-结构分析,这样得到的结果比现有的分析方法更接近换热器的实际运行状况,有利于深入进行优化设计和性能评估,对于研究和开发新型的管壳式换热器有着很好的应用前景。这种方法能有效模拟流固耦合问题,尤其是在具有耦合传热的系统中具有一定的优势。