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雜的載荷，如機械載荷、壓力載荷以及熱載荷等，因此換熱器管板的設計尤為重要。隨著化工行業(yè)產量需求越來越大，換熱器的尺寸也隨之增加，超出標準尺寸限制的大型換熱器管板設計并無標準可循，因此需要用到基于有限元分析的分析設計方法。大直徑管板上換熱管數(shù)量巨大，建模和計算相當復雜，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*的當量實心板，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。第二種模型是在當量實心板的基礎上，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建立軸對稱模

3、型。上述兩種簡化模型計算所得的應力通過有效管孔削弱系數(shù)μ*的修正得到管板的真實應力。將模型一和模型二與三維實體模型管板應力進行對比，驗證了本文所提出的兩種簡化模型的準確性與可行性，同時能夠節(jié)省計算資源，提高分析設計效率。
　　最后本文還研究了不同圓筒數(shù)量對軸對稱模型計算結果的影響，結果表明圓筒數(shù)量越多越精確。另外，ASME標準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，本文針對這兩種情況做了計算對比，發(fā)現(xiàn)兩種情況的計算結