1、 萬方數(shù)據(jù) 萬方數(shù)據(jù) 萬方數(shù)據(jù) 管殼式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計的探討作者:梁潞華作者單位:山西省潞城市天脊煤化工集團股份有限公司技術(shù)中心,山西,潞城,047507刊名:化學(xué)工程與裝備英文刊名:CHEMICAL ENGINEERING & EQUIPMENT年,卷(期:2009,""(6引用次數(shù):0次參考文獻(4條1.管殼式換熱器 20022.王明明.蔡仰華.徐桂容壓力容器安全技術(shù) 20043.李世玉壓力容器設(shè)計工程師培訓(xùn)教程 2005相似文獻(10條管殼式換熱器是化工機械中的關(guān)鍵設(shè)備。在設(shè)計中,需要嚴(yán)格控制整體結(jié)構(gòu)的應(yīng)力水平,保證內(nèi)部細(xì)管在長期丁作狀態(tài)下不發(fā)生斷裂破壞。本文采

2、用有限元方法對某型號換熱器在工作狀態(tài)下進行了分析計算,并結(jié)合實際生產(chǎn)中細(xì)管局部發(fā)生裂紋的現(xiàn)象,分析了導(dǎo)致細(xì)管發(fā)生斷裂的主要原因。在此基礎(chǔ)上,提出了一種改進設(shè)計方案,通過有限元計算,發(fā)現(xiàn)改進結(jié)構(gòu)比原結(jié)構(gòu)的應(yīng)力水平有明顯下降。2.期刊論文董溢淺談管殼式換熱器-科技信息2010,""(5本文介紹了管殼式換熱器的基本原理和結(jié)構(gòu)以及簡單的設(shè)計方法,詳細(xì)講解了管殼式換熱器中目定管板式換熱器、浮頭式換熱器、U型管式換熱器的結(jié)構(gòu)及特點,為管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)選擇提供了參考.3.期刊論文趙曉曦.鄧先和.陳穎.王楊君管殼式換熱器殼程傳熱強化研究-現(xiàn)代化工2001,21(7殼程的傳熱強化是管殼式換

3、熱器傳熱強化的一個重要方面.回顧了管殼式換熱器殼程傳熱強化研究的發(fā)展.從流場和溫度場協(xié)同配合作用的角度出發(fā),研討高效強化傳熱管的發(fā)展途徑.指出殼程結(jié)構(gòu)的優(yōu)化必然同強化管束的優(yōu)化組合相聯(lián)系,且運用計算流體力學(xué)技術(shù)對殼側(cè)流場和溫度場進行數(shù)值模擬對研究管殼式換熱器殼程的傳熱強化具有重要的指導(dǎo)意義.本文概括地介紹了換熱器,闡述了管殼式換熱器通用的強度計算方法及其理論,說明了有限元分析方法在換熱器設(shè)計方面的應(yīng)用。對于管板上管束非對稱布置的換熱器,無法采用通用的計算方法進行強度校核,只能采用數(shù)值求解的方法進行計算。本文即對這種帶有異型管板的管殼式換熱器,采用有限元數(shù)值求解的方法,進行了結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析和設(shè)計改

4、進方面的研究,另外,還對相關(guān)的強度計算公式進行了理論推導(dǎo)。介紹了結(jié)構(gòu)溫度場有限元分析的基本理論,合理地建立了固定管板式換熱器溫度場分析有限元模型,計算得到溫度場,總結(jié)其分布規(guī)律,發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的各部分之間存在著較大的溫差,可能產(chǎn)生較高的溫差應(yīng)力,同時還將該結(jié)果同其它邊界條件下的計算結(jié)果進行了比較。討論了幾種換熱器結(jié)構(gòu)有限元分析模型的特點,提出了針對本文問題的有限元模型:用桿單元模擬換熱管,其它部分用實體單元來模擬。該模型同溫度場有限元分析模型保持高度一致,既保證計算準(zhǔn)確,降低計算規(guī)模,也符合國家規(guī)范和力學(xué)原理。在5個工況下,對結(jié)構(gòu)進行了應(yīng)力分析,總結(jié)出結(jié)構(gòu)總體、管板局部應(yīng)力和換熱管拉脫力的特點和規(guī)律

5、,同時發(fā)現(xiàn)強度校核不通過,并提出了未來結(jié)構(gòu)改進的指導(dǎo)意見。對增加殼體厚度的結(jié)構(gòu)進行應(yīng)力分析和強度校核,并對計算結(jié)果進行了分析和總結(jié)。通過對溫度載荷和力的載荷下結(jié)構(gòu)應(yīng)力的分析研究,發(fā)現(xiàn)正常操作工況中,對于這種有異型管板的換熱器,其不均勻分布的溫度載荷對結(jié)構(gòu)應(yīng)力大小起主要作用。改變管板厚度后進行有限元分析,發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)在溫度載荷、其它力的載荷下和全部載荷的作用下,管板和殼體連接處的應(yīng)力水平隨著管板厚度改變的不同變化規(guī)律。根據(jù)上述的分析研究結(jié)果,在原換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)上,通過采用減少管板厚度、在管板兼法蘭和殼體間增加筋板等4項措施,改進設(shè)計了換熱器。對該換熱器重新進行了應(yīng)力分析和強度校核,該設(shè)計完全滿

6、足強度要求,并將其應(yīng)用于工程實際中。在管板和殼體間不同溫度的情況下,根據(jù)板殼理論,得到管板和殼體在約束反力和溫度載荷作用下的內(nèi)力和位移計算公式,并根據(jù)管板和殼體連接處的變形協(xié)調(diào)條件,推導(dǎo)得到該約束反力的計算公式,從而得到管板和殼體上各項內(nèi)力和位移的計算公式。通過算例,將該公式的計算結(jié)果和有限元法計算的結(jié)果進行對比,驗證了該公式的有效性。針對一U形管式換熱器的管板,建立了其結(jié)構(gòu)有限元分析模型,在4個工況下對其進行應(yīng)力分析,并對管板的膜應(yīng)力、膜+彎曲應(yīng)力和換熱管的拉脫力進行強度校核,總結(jié)出管板總體應(yīng)力、管橋局部應(yīng)力和強度校核的特點和規(guī)律。5.期刊論文劉江堅.Jiang-jian LIU一種高效管殼

7、式換熱器的應(yīng)用-染整技術(shù)2007,29(1換熱器的結(jié)構(gòu)型式不同,其換熱效率差別很大.對管殼式換熱器結(jié)構(gòu)做出局部改動,可以提高換熱效率.為了提高換熱器效率,節(jié)約原材料和減少能源消耗,從流場和溫度場相互配合的角度出發(fā)對管殼式換熱器結(jié)構(gòu)作用進行了研究,設(shè)計出一種獨特的結(jié)構(gòu)形式:殼程介質(zhì)入口封頭設(shè)置固定螺旋形折流板、介質(zhì)出口封頭設(shè)置旋轉(zhuǎn)螺旋片,采用強化傳熱橢圓截面換熱管加工成螺旋形組成管束作為主要換熱元件,改變換熱器的結(jié)構(gòu)形式和流程,形成橢圓螺旋管束全逆程螺旋流管殼式換熱器(楊氏換熱器,是管殼式換熱器的第四代雛形。楊氏換熱器殼程側(cè)流場和溫度場二維平均協(xié)同系數(shù)與理想二維流場溫度場協(xié)同最大值比較接近,其結(jié)

8、構(gòu)達到了最優(yōu)化程度,是換熱器比較理想的一種結(jié)構(gòu)形式。運用計算流體力學(xué)技術(shù)對殼程側(cè)流場和溫度場進行闡述,指出殼程結(jié)構(gòu)的優(yōu)化結(jié)果是同強化管束的優(yōu)化組合相聯(lián)系而產(chǎn)生的。對研究管殼式換熱器殼程的傳熱強化具有重要的指導(dǎo)意義。7.期刊論文楊明.孟曉風(fēng).張衛(wèi)軍.Yang Ming.Meng Xiaofeng.Zhang Weijun管殼式換熱器的一種優(yōu)化設(shè)計-北京航空航天大學(xué)學(xué)報2009,35(5換熱器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化涉及到多參數(shù)的耦合問題.區(qū)別于以往優(yōu)化方法只是將換熱器單個性能涉及因素作為目標(biāo)函數(shù),選取換熱器性能涉及因素中的換熱體積和換熱過程壓降損失為優(yōu)化對象,以濕空氣與水熱交換作為具體工況條件,分析了管殼式換

9、熱器的傳熱和壓降模型,得到了管殼式換熱器設(shè)計的優(yōu)化結(jié)果,找到了一種綜合考慮換熱器體積以及換熱過程壓降損失的換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計方法.與普通設(shè)計方法相比,該方法可以有效減小換熱器體積與傳熱過程壓降損失.8.期刊論文嚴(yán)良文.王志文一種新型縱向流管殼式換熱器管束支承結(jié)構(gòu)-壓力容器2003,20(4分析了縱流管殼式換熱器的殼程管束支承的常見結(jié)構(gòu)型式,通過對各種支承結(jié)構(gòu)對殼程流體流動、傳熱和抗振等性能影響的定性比較,提出一種新型的支承結(jié)構(gòu)型式,該結(jié)構(gòu)不僅具有以往結(jié)構(gòu)所具有的降低殼程流動阻力、節(jié)能和不易結(jié)垢等特點,而且還具有單位面積上布管數(shù)多、結(jié)構(gòu)緊湊和傳熱效率高等優(yōu)點.9.期刊論文吳金星.耿志強.劉敏珊.董其

10、伍縱流式管束支撐物的結(jié)構(gòu)及性能對比-河南化工2002,""(3縱流式管束支撐物使管殼式換熱器殼程流體呈縱向流動,因而該類換熱器具有傳熱效率高、壓降小,有效消除了流體誘導(dǎo)振動等特點.本文闡述了縱流式管束支撐物的結(jié)構(gòu)變化對換熱器綜合性能的影響,為改進和優(yōu)化管殼式換熱器提供參考.高效節(jié)能過程裝備的研究開發(fā)是當(dāng)今工程節(jié)能的重要手段。換熱器是化工、煉油、動力、食品、輕工、原子能、制藥、航空及其他許多工業(yè)部門廣泛使用的一種通用工藝設(shè)備。管殼式換熱器由于結(jié)構(gòu)可靠、技術(shù)成熟、適用面廣,是目前國內(nèi)外換熱設(shè)備的主要結(jié)構(gòu)形式。隨著對換熱器強化傳熱技術(shù)和現(xiàn)代設(shè)計研究方法的長足進步,管殼式換熱器不斷

11、獲得改進和發(fā)展。本文采用理論分析、數(shù)值模擬和實驗研究相結(jié)合的方式,進行了管殼式換熱器殼程強化傳熱研究,在以下幾個方面開展了研究和創(chuàng)新性工作:l、研究了三角形、菱形等異型截面折流桿對殼程流體的強化傳熱性能,發(fā)現(xiàn)了折流桿截面形狀的變化對流體流動和傳熱性能的影響規(guī)律,為折流桿換熱器的升級換代提供了更多可供選擇的結(jié)構(gòu)形式。2、在深入研究管殼式換熱器殼程結(jié)構(gòu)特點及流體流動和傳熱規(guī)律的基礎(chǔ)上,相對于殼程流體橫向流、縱向流和螺旋流的流動狀態(tài),首次提出了殼程流體“斜向流”的概念。該流動狀態(tài)的作用效果是,將殼程橫向流換熱器殼程主流區(qū)的橫向流動分散為多股受迫傾斜流動,將其流動和傳熱死區(qū)予以分散并憑借特殊管束支撐結(jié)

12、構(gòu)予以部分消除,避免了流體因受橫向阻擋產(chǎn)生的速度劇烈變化和動能損失,同時還有效利用了橫向流對換熱管更為強烈的沖刷作用引起強化傳熱效果;其總體上的縱向流動趨勢,在一定程度上繼承了殼程縱向流換熱器抗振性能好、除垢防垢效果強、綜合性能優(yōu)等優(yōu)點。這種流動狀態(tài),使得管殼式換熱器將折流板換熱器和折流桿換熱器的各自獨特性能相結(jié)合,兼?zhèn)淞藱M向流和縱向流換熱器的雙重優(yōu)勢。3、在上述殼程流體“斜向流”狀態(tài)理念的指導(dǎo)下,首次研制開發(fā)了新型高效節(jié)能管殼式換熱器一簾式折流片換熱器,改進和發(fā)展了換熱器殼程的結(jié)構(gòu)形式,實現(xiàn)了殼程流體的斜向流動。數(shù)值模擬和對比實驗研究表明,簾式折流片換熱器可明顯減弱或消除殼程流體流動和傳熱死

13、區(qū),進一步有效利用傳熱面積,有助于降低殼程流體的壓力損失;將換熱器場協(xié)同原理引入到簾式折流片換熱器的強化傳熱研究中,結(jié)果表明簾式折流片換熱器具有良好的速度場和溫度梯度場的協(xié)同性能,強化傳熱效果顯著。研究和實驗結(jié)果表明,簾式折流片換熱器的研究具有較高的理論和工程應(yīng)用價值?？疾炝私Y(jié)構(gòu)和操作參數(shù)對簾式折流片換熱器傳熱與流阻性能的影響,推導(dǎo)了其殼程傳熱系數(shù)準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式和流體阻力降準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式,為簾式折流片換熱器的工程設(shè)計和推廣應(yīng)用提供了參考依據(jù)。4、根據(jù)管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)特點,采用基于管殼式換熱器真實三維實體模型的幾何建模方案,首次提出了一種數(shù)值模擬管殼式換熱器殼程流體流動和傳熱的三維建模方法一“管殼式換熱器周期性全截面計算模型”,實現(xiàn)了具有復(fù)雜殼程結(jié)構(gòu)的管殼式換熱器的數(shù)值模擬。模擬結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)吻合良好,從而克服了現(xiàn)有數(shù)值模擬建模方式的不足,為再現(xiàn)和模擬管殼式換熱器殼程的真實流動狀況,以及分析各種構(gòu)件對殼程流體流動和傳熱性能的影響提供了理論基礎(chǔ);為以宏觀和細(xì)觀角度相結(jié)合研究管殼式換熱器殼程流動和傳熱,尤其是發(fā)現(xiàn)和解決管殼式換熱器中與局部位置流動與傳熱細(xì)節(jié)相關(guān)的深層次問題提供了良好的輔助手段。5、基于管殼式換熱器周期性全截面計算模型