用ANSYS和FLUENT进行管壳式换热器整体分析(一)
责任编辑:hylng    浏览:3683次    时间: 2013-05-30 22:58:16       | 作者:郭崇志 林长青

摘要:用数值模拟计算软件进行管壳式换热器的流体力学和传热性能计算及评估已经成为开发和研究管壳式换热器的重要手段之 一,由于结构和流道复杂,导致正确地进行换热器的流体力学性能和传热性能计算和评估有一定的困难。而对换热器的结构性能进行正确分析一般都需要进行流..

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用数值模拟计算软件进行管壳式换热器的流体力学和传热性能计算及评估已经成为开发和研究管壳式换热器的重要手段之 一,由于结构和流道复杂,导致正确地进行换热器的流体力学性能和传热性能计算和评估有一定的困难。而对换热器的结构性能进行正确分析一般都需要进行流固耦 合模拟,假如要同时进行换热器的流体活动与传热和结构性能分析就更加困难。

有关管壳式换热器的温度场研究,目前大多数文献集中于研究管板 的温度场及所产生温差应力、以及由此导致的结构强度等题目,通常利用ANSYS 大型商用软件行管壳式换热器管板结构的温度场研究,采用简化的三维实体模型较多,一般利用已知的均匀温度或利用已知的换热(膜)系数对几何结构模型加载, 而这些已知条件通常来源于手册提供的数据或者经验数据,并非来源于严格的换热器流体力学与传热工艺的数值计算,因此是产生结果计算偏差的主要原因之一。

目 前文献对于给定工艺条件下管壳式换热器的整体温度场研究的并未几,由于正确的温度场是研究温差应力及其危害的条件,因此本文利用FLUENT 和ANSYS 软件对一台固定管板换热器的约束构件之间的整体结构在正常运行工况下的数值模拟题目进行了研究,首先从计算流体力学与传热的角度出发,利用FLUENT软 件进行换热器流体活动与传热的工艺状况数值模拟。然后把FLUENT 软件的数值模拟结果导进ANSYS中作节点插值,完成温度场的重建,作为进行换热器的热分析以及结构分析的边界条件。从而实现了管壳式换热器的 FLUENT 和ANSYS 联合仿真模拟,综合整个过程可以很好地完成同一条件下换热器的流体力学与传热和结构性能分析,使得换热器的工艺性能计算与结构分析计算完整地结合在一起, 计算精度更高。

1 CFD数值模拟

本文研究的换热器结构示意如图1所示,在对实际结构进行公道简化的基础上,以影响活动 和传热的主要结构建立了某固定管板式换热器温度场数值计算模型,采用分段模拟、整体综合的方法,利用 FLUENT软件对该换热器在正常操纵工况下的活动与传热情况进行数值模拟[8] ,得到计算流道上有关各个构件的壁温场分布。
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