基于ANSYS换热器法兰有限元分析及应力评定

换热器大开孔部位的有限元分析与安全评定接管开孔的大小将直接影响到换热器的强度，有可能对设备安全性产生重要的影响。

对于一、三级冷凝冷却器(3127-E-102/3127-E-105)，前端管箱上的过程气入口，其公称直径为700mm，管箱筒体直径为1700mm。

GB150 “适用的开口范围”中规定“当圆筒内径D1＞1500mm时，开孔最大直径d≤1/3 D1，且d ≤1000mm。

”此处开孔不满足GB150规定的开孔要求，该开孔为大直径偏心孔，不能运用压力面积法和斜开孔等面积法进行补强计算，因此不能运用SW6-1998对其进行校核计算。

针对此处大开孔，应按照JB4732－1995《钢制压力容器—分析设计标准》进行分析校核。

本报告应用ANSYS有限元分析软件，建立了前端管箱及直径为700mm的过程气入口的三维有限元模型，并对其进行了有限元分析。

此报告作为一、三级冷凝冷却器(3127-E-102/3127-E-105)设计计算书的补充。

1、大开孔部位模型的建立前端管箱及开口接管的材料属性，参见表1，在设计温度下的许用应力强度为140MPa；前端管箱长1300mm，壁厚为16mm，开口接管壁厚为16mm，伸出长度距筒体中心线1150mm，开口位置偏移筒体中心线400mm；具体几何模型见图1。

表1主要材料特性材料名称Q245R材料密度ρ /kg·m-37850弹性模量E /Pa 2.1×1011泊松比μ0.3图1 大开孔部位几何模型2、大开孔部位有限元网格的划分选取SOLID45八节点实体单元进行网格划分，为了使计算结果精确，共划分单元128925个，节点43616个。

有限元模型见图2。

图2 大开孔部位有限元模型3、约束条件及载荷施加管箱筒体及其开口接管有限元模型的载荷边界条件如下：①筒体内表面、接管外伸端内表面施加0.25MPa 内压；②筒体左端端面施加内压产生的等效轴向力。

()()()MPa r r r P r r r P F i o i i i o i i p 6.621700217322170025.022*******=-⨯=-=-=πππ ③接管外伸端端面施加内压产生的等效轴向力。

摘要换热器是传热工程必不可少的设备，几乎一切工业领域都要使用。

化工,冶金，动力，交递，航空与航天部门应用尤为广泛。

在底部有热源作用的散热片，主要通过传导与对流进行热交换。

为保证散热片的散热性能达到设计的要求，从而避免电子产品因过热而造成损坏，就需要对其进行热分析，计算在实际工况下的温度分布，校核其散热性能。

因此，对换热器进行热应力耦合分析具有十分重要意义。

传统方法的热分析其温度变化必须是非常的缓慢，而且在升降温过程中的不易控制，难以正确校核其散热性能。

随着计算机技术的发展，使得有限元法有着突飞猛进的进展。

结合计算机辅助设计技术，有限元法也被用于计算机辅助制造中。

ANSYS的热分析基于能量守恒原理的热平衡方程，正确模拟散热片的工况，通过有限元法计算各节点的温度分布，并由此导出其他热物理参数，为散热片的设计选材提供合理的参数，使产品的研发更加快速、高效和经济。

关键词：换热器；有限元；ANSYS；散热片Heat exchanger coupled thermal stress analysisAbstractHeat transfer engineering is essential equipment to be used almost all industrial fields. Chemical, metallurgical, power, handoff, application of aviation and aerospace sector is particularly extensive. In the bottom of the heat sink effect, mainly through conduction and convection heat exchange. To ensure the heat sink thermal performance to meet the design requirements, so as to avoid overheating of electronic products due to damage to its thermal analysis requiredto calculate the temperature distribution in the actual conditions, check the heat dissipation. Therefore, thermal stress coupled heat exchanger analysis is of great significance. Traditional methods of thermal analysis the temperature change must be very slow, and in heating and cooling process difficult to control, difficult to properly check its thermal performance. With the development of computer technology, finite element method has made rapidprogress. Combined with computer-aided design,finite element method is also used in computer-aided manufacturing. ANSYS thermal analysis is based on the principle of conservation of heat energybalance equation, the correct simulation of the heat sink conditions, the finite elementmethod to calculate the temperature distribution of each node, and thus other thermalphysical parameters derived for the design of heat sink to provide a reasonableselection of parameters Make product development more rapid, efficient and economical.Key Words：Heat control；Finite element；ANSYS；Heatsink目录摘要 (I)Abstract (II)第一章绪论............................ .. (1)1.1 引言 (1)1.2 计算机仿真技术的发展 (1)1.3 热分析方法的选择 (2)第二章课题相关知识介绍 (4)2.1散热片知识 (4)2.1.1散热片的材质比较 (4)散热片结构的设计 (4)2.2有限元分析理论与ANSYS (6)有限元分析理论 (6)有限元常用术语 (7)架构及命令 (7)分析典型过程与功能 (8)2.2.5 国内外发展状况 (9)有限元热分析原理 (9)第三章ANSYS三维模拟计算过程 (13)3.1 散热片模型及几何尺寸 (13)3.2 ANSYS有限元分析进程 (14)环境简介 (14)的建模过程 (15)操作条件的确定 (15)边界条件的确定 (15)计算结果与分析 (16)第四章结论 (21)谢辞 (22)参考文献 (23)附录：散热片模型建模程序 (24)第一章绪论1.1 引言热分析主要用于计算一个系统或部件的温度分布及其他热物理参数，如热量的获取或损失、热梯度、热流密度（热通量）等。

固定管板式换热器管板的应力分析和强度评定作者：杨翠娟来源：《名城绘》2019年第04期摘要：换热器设备在化工、石油、食品等多种工业生产中应用广泛。

在换热器制造过程中，管板与换热管之间的连接结构和连接质量一定程度上决定了换热器的质量优劣和使用寿命。

由于管板与换热管连接区域结构不连续，从而易产生各种连接质量问题，因此在危险工况下对管板与换热管连接部位进行应力分析和强度校核是十分必要的。

关键词：固定管板式换热器；管板；应力分析；强度评定目前，对换热器管板结构进行应力分析的研究已有较多成果。

应用ANSYS软件对固定管板式换热器在机械载荷和温度载荷共同作用下的应力强度进行分析，并对危险截面进行强度校核，得出应在不同危险工况下，对换热器不同部位进行分析和评定才能保证其安全可靠运行的结论；分析了不同操作工况下管板模型的应力场，得出除了筒体上的一次薄膜应力起控制作用外，管板的强度控制因素是位于管板与筒体连接圆角过渡处的一次应力加二次应力，且最大值发生在热载荷和壳程压力同时作用的操作工况下的结论；通过建立包括壳体、管束在内的管板三维实体有限元模型，将法兰垫片用等效的均布比压来代替，分析了管板在包括开工、正常工作和停车等过程中可能出现的七种瞬态和稳态操作工况下的强度状况。

1管板结构的静力分析在反映结构力学特性的前提下，模拟时进行以下简化：1）不考虑管板与换热管焊接热应力影响；2）不考虑管板与壳体的连接焊缝；3）不考虑管板兼做法兰螺栓对其的受力。

选择管板一侧面与所有换热管孔面施加450℃的温度载荷，并在该侧面施加2MPa的压力载荷；在管板另一侧面施加147℃的温度载荷和0.6MPa的压力载荷；沿半径方向，对换热器管板最外边缘施加全约束。

分析应力发现，该工况下管板结构的最大应力为46.9MPa，管板最大应力发生外侧管孔局部区域，其他区域应力值并不大。

采用管板材料为Q345R，450℃板厚为80mm的钢板许用应力为66MPa。

基于ANSYS软件的螺栓法兰连接结构应力和疲劳分析徐静;薛欣玮;卢健【摘要】为保证风力发电机在恶劣的自然环境中可靠运行,需要对风力发电机塔架转接段法兰进行应力和疲劳分析.应用ANSYS有限元软件对风力发电机塔架的螺栓法兰连接结构进行应力分析,分析结果显示:当施加载荷时,法兰和螺栓中都出现应力集中;随着载荷的增大,法兰还出现弯曲现象;外侧螺栓产生的应力小于对应内侧螺栓产生的应力,可见内侧螺栓受到的影响较大,应特别注意.通过疲劳分析,确认选择35CrMoA合金钢材作为螺栓法兰结构的整体材料符合使用要求,为螺栓法兰结构选材提供了理论依据.【期刊名称】《机械制造》【年(卷),期】2018(056)012【总页数】4页(P17-20)【关键词】螺栓;法兰;连接;应力;疲劳;计算机【作者】徐静;薛欣玮;卢健【作者单位】西安工程大学机电工程学院西安 710048;西安工程大学机电工程学院西安 710048;西安工程大学机电工程学院西安 710048【正文语种】中文【中图分类】TH131.31 研究背景随着全球大气污染越来越严重，清洁环保的风能发电成为人们竞相研究的热点［1-2］。

风力发电机组一般都安装在风力资源较为充沛、自然环境较为恶劣的野外［3-4］，为了保证风力发电机在复杂的自然环境中能够可靠运行，对连接塔架各筒身的螺栓法兰连接结构进行应力分析及疲劳寿命评估是必不可少的工作［5］。

近20年来，国内外学者主要集中于对风力发电机连接塔架的标准碳钢法兰设计及垫片性能的研究［6-7］。

螺栓法兰在制造过程中，材料内部会存在一些缺陷，如气孔、夹杂和裂纹等，这些缺陷会严重影响法兰的使用寿命，如果法兰和螺栓出现损伤，那么会影响整个风力发电机的性能［8］。

因此，笔者对螺栓法兰连接结构进行材料选择，并利用ANSYS软件对其进行应力及疲劳寿命分析，为结构设计和优化分析等后续研究工作提供理论依据。

2 螺栓法兰连接结构及材料选择风力发电机塔架上的螺栓法兰连接结构由上法兰、下法兰、垫片和螺栓组成，在这一结构中，螺栓与螺母紧固，用于连接上、下两个法兰，法兰上分布着内、外侧螺栓。

基于ANSYS的换热器管板应力分析及其优化设计发布时间：2021-06-18T02:32:55.905Z 来源：《中国科技人才》2021年第9期作者：王宜亮[导读] 为研究换热器管板受力复杂的问题，基于ANSYS Workbench软件，以管板应力受管壳程温度载荷、压力载荷和管板厚度的影响为研究对象，研究了其应力分布情况，得出管板在换热器壳程先停工况时最危险；江苏自动化研究所江苏连云港 222061摘要：为研究换热器管板受力复杂的问题，基于ANSYS Workbench软件，以管板应力受管壳程温度载荷、压力载荷和管板厚度的影响为研究对象，研究了其应力分布情况，得出管板在换热器壳程先停工况时最危险；同时对此工况下各参数进行关联性分析和对管板进行优化分析。

结果表明：温度载荷对管板应力分布的影响程度最大，其次是管板厚度，压力载荷影响最小；管板可由原有的35mm厚度优化43%，在管板厚度降低至20mm后，仍满足安全要求，达到安全与经济兼顾。

关键词：管壳式换热器；管板；关联性分析；优化分析Stress analysis and optimization design of heat exchanger tube-sheet based on ANSYSWANG Yiliang( Jiangsu AutomationResearchInstitute, Lianyungang222061)Abstract: In order to study the complex stress on the tube-sheet of heat exchanger, the stress distribution of the tube-sheet was studied by using ANSYS Workbench and taking the influence of temperature load, pressure load and thickness of tube-sheet as the research object. It is concluded that tube-sheet is the most dangerous when the shell side of heat exchanger stops first. At the same time, the correlation analysis of the parameters and the optimization analysis of the tube-sheet are carried out. The results show that: the temperature load has the greatest influence on the stress distribution of the tube-sheet, followed by the thickness of the tube-sheet, and the pressure load has the least influence; the tube-sheet thickness can be optimized by 43% from the original 35mm thickness, and the safety requirements can still be met after the tube-sheet thickness is reduced to 20mm, which can achieve both safety and economy.Key words: Shell-and-tube heat exchanger; Tube-sheet; Relevance analysis; Optimization analysis0前言管壳式换热器管板的设计与优化是为了使换热器在实际运行中更加安全，能有效提高能源的利用率。

第一章 课题相关知识介绍2.1散热片知识散热片是一种给电器中的易发热电子元件散热的装置，多由铝合金，黄铜或青铜做成板状，片状，多片状等，如电脑中CPU 中央处理器要使用相当大的散热片，电视机中电源管，行管，功放器中的功放管都要使用散热片。

一般散热片在使用中要在电子元件与散热片接触面涂上一层导热硅脂，使元器件发出的热量更有效的传导到散热片上，在经散热片散发到周围空气中去。

2.1.1散热片的材质比较就散热片材质来说，每种材料其导热性能是不同的，按导热性能从高到低排列，分别是银，铜，铝，钢。

不过如果用银来作散热片会太昂贵，故最好的方案为采用铜质。

虽然铝便宜得多，但显然导热性就不如铜好（大约只有铜的50%左右）。

目前常用的散热片材质是铜和铝合金，二者各有其优缺点。

铜的导热性好，但价格较贵，加工难度较高，重量过大（很多纯铜散热器都超过了CPU 对重量的限制），热容量较小，而且容易氧化。

而纯铝太软，不能直接使用，都是使用的铝合金才能提供足够的硬度，铝合金的优点是价格低廉，重量轻，但导热性比铜就要差很多。

有些散热器就各取所长，在铝合金散热器底座上嵌入一片铜板。

对于普通用户而言，用铝材散热片已经足以达到散热需求了。

北方冬季取暖的暖气片也叫散热片。

散热片在散热器的构成中占有重要的角色，除风扇的主动散热以外，评定一个散热器的好坏，很大程度上取决于散热片本身的吸热能力和热传导能力 2.1.2散热片结构的设计 1. 肋片的散热量肋基导入的热量向肋端传递，经肋片传给流体，因此肋片得热平衡方程为： 肋基导入的热量Φ=Φ流体带走的热量λ所以肋片向流体的传热量恒等于肋基截面上导入的热量，根据傅立叶定律得 每片等截面直肋散热量的计算式为：)(1)(0mH th m h m h mH th m A H Hλλθλ++=Φ （2—1）式中：Φ ——散热量，W ；λ ——肋片导热率，W/（m.K ）；A ——肋片的横截面积，2m ；0θ——肋基过余温度，C 0；m —— 肋片组合参数，Azm λα=H h ——肋端处的对流换热系数，W/（2m ·K ）；H ——肋高，m 。

第53卷第4期 辽 宁 化 工 Vol.53，No. 4 2024年4月 Liaoning Chemical Industry April，2024发夹式换热器管板的应力分析与强度评定孙梦莹，郭超越，李卓群，刘壮（沈阳化工大学 机械与动力工程学院，辽宁 沈阳 110142）摘 要：应用ANSYS有限元分析软件，考虑压力载荷和温度载荷对管板整体应力分布的影响，采用顺序耦合法对发夹式循环冷却器的热端管板在7种工况下进行有限元应力分析。

结果表明：在压力载荷与温度载荷共同作用下，管板最大等效应力为329.9 MPa，位于布管区内换热管与管板连接处。

壳程先停工况下管板的最大等效应力值最大值为332.5 MPa，是发夹式循环冷却器管板的最危险工况。

在对管板上最大等效应力处进行当量线性化处理，结合分析设计标准进行强度评定，评定结果均合格。

关 键 词：发夹式换热器；管板；有限元分析；应力线性化；强度评定中图分类号：TQ051.5 文献标识码： A 文章编号： 1004-0935（2024）04-0545-04发夹式换热器因其外形形似发夹而得名，其外形结构可视为单管程、单壳程、管束为U型的固定管板式换热器[1]。

与传统换热器相比，发夹式换热器具有换热效率高、管板温差应力小等优点[2]。

如何依据换热器形式以及选择合适的设计标准，进行管板设计是换热器设计工作中一项重要工作[3]。

随着计算机技术的发展，利用有限元软件辅助管板设计进行了很多工作[4-9]。

陈杰[5]等利用ANSYS 有限元软件对LNG绕管式换热器管板及其相连的管箱、换热器壳体进行了整体建模和多工况下的有限元应力分析。

通过增加短节厚度的方式解决了管箱短节处局部薄膜应力过大的问题。

张睿明[9]等利用ANSYS有限元软件中的Workbench模块针对U 型管换热器的管板进行了热固耦合分析，比较了三角形与正方形布管方式对管板热应力及机械应力的影响，为特定工况下选择合适的布管方式提供了理论依据。

压力容器分析报告目录1 设计分析依据 01.1 设计参数 01.2 计算及评定条件 (1)1.3 材料性能参数 (1)2 结构有限元分析 (2)2.1 理论基础 (2)2.2 有限元模型 (3)2.3 划分网格 (4)2.4 边界条件 (4)3 应力分析及评定 (4)3.1 应力分析 (4)3.2 应力强度校核 (5)4 分析结论 (7)4.1 上封头接头外侧 (8)4.2 上封头接头内侧 (11)4.3 上封头壁厚 (14)4.4 筒体上 (17)4.5 筒体左 (20)4.6 下封头接着外侧 (24)4.7 下封头壁厚 (27)1 设计分析依据（1）压力容器安全技术监察规程（2）JB4732-1995 《钢制压力容器-分析设计标准》-2005确认版1.1 设计参数表1 设备基本设计参数正常设计压力 MPa7.2最高工作压力 MPa 6.3设计温度℃0~55工作温度℃5~55压缩空气 46#汽轮机工作介质油焊接系数φ 1.0腐蚀裕度 mm 2.0容积㎡ 4.0容积类别第二类筒体29.36计算厚度 mm封头29.031.2 计算及评定条件（1）静强度计算条件表2 设备载荷参数设计载荷工况工作载荷工况设计压力 7.2MPa工作压力 6.3MPa设计温度 55℃工作温度 5~55℃注：在计算包括二次应力强度的组合应力强度时，应选用工作载荷进行计算，本报告中分别选用设计载荷进行计算，故采用设计载荷进行强度分析结果是偏安全的。

1.3 材料性能参数材料性能参数见表3，其中弹性模型取自JB4732-95表G-5，泊松比根据JB4732-95的公式（5-1）计算得到，设计应力强度分别根据JB4732-95的表6-2、表6-4、表6-6确定。

表3 材料性能参数性能温度55℃设计应力强材料名称厚度弹性模型泊松比度1.92×钢管20≤10mm150 MPaμ=0.3103MPa1.92×μ=0.3锻钢Q345≤100mm185 MPa103MPa1.92×钢板16MnR26~36188 MPaμ=0.3103MPa1.92×μ=0.3锻钢16Mn≤300mm168 MPa103MPa2 结构有限元分析2.1 理论基础传统的压力容器标准与规范，一般属于“常规设计”，以弹性失效准则为理论基础，由材料力学方法或经验得到较为简单的适合于工程应用的计算公式，求出容器在载荷作用下的最大主应力，将其限制在许用值以内，即可确认容器的壁厚。

2019年第17期广东化工第46卷总第403期·155·换热器管板应力应变分析魏欣，姜方圆(青岛市特种设备检验检测研究院，山东青岛266000)Stress and Strain Analysis of Heat Exchanger Tube and PlateWei Xin,Jiang Fangyuan(Qingdao special equipment inspection and testing institute,Qingdao 266000,China)Abstract:In this paper,the finite element software ANSYS Workbench 17.0is used to analyze the stress and strain of the tube-plate of u-tube heat exchanger under the condition of pipe pressure and shell-side interaction.The results show that the maximum strain of the tube sheet appears in the center of the tube sheet and decreases successively to the outer edge of the tube sheet.The maximum stress appears at the bolt hole where the tube plate is connected with the flange,and the other positions are more uniform,and the maximum value is 15.61Mpa.Keywords:Heat exchanger tube plate ；ANSYS ；Stress strain analysis在化工、石油和食品等多种工业生产中，换热设备担任着重要角色。

固定管板式换热器（散热器）应力的有限元分析摘要：应用ANSYS有限元软件，建立了某固定管板式换热器的结构分析模型，对3种操作工况下换热器的应力场进行了计算，并校核了其中的危险工况。

结果表明：受热载荷作用的换热器，最大应力在管板与管箱内壁面的过渡圆角处；“表皮效应”使距壳程侧2 mm处管板上的应力最大；换热器的各部件安全裕度均大于2，常规设计方法过于保守。

关键词：固定管板式换热器；有限元法；应力分析0 引言固定管板式换热器是受力最复杂的管壳式换热器，当管束与壳体的温度及材料的线膨胀系数相差较大时，承压壳体与管束中将产生较大的热应力，会进一步增大各部件中的应力。

本文采用有限元软件ANSYS分析某化工厂的一台DN500固定管板式换热器，建立带有真实管箱和换热管的有限元模型，并对管板、壳体和换热管的强度等进行应力分析及评定，为今后换热器强度分析和优化设计提供理论依据。

1.有限元模型的建立以换热器轴向为Z轴，垂直于纸面方向为X轴，竖直方向为Y轴建立总体坐标系。

忽略进出口接管的影响，换热器几何结构和承受载荷关于坐标面对称，取1/8模型为研究对象。

为避免边缘效应影响，管箱伸出管板的长度应大于113 mm，本文取管箱长度150 mm。

换热器上各部件的材料属性如表1所示。

为保证耦合分析中节点的一致性，传热分析中选用热单元SOLID70，相应地结构分析时采用实体单元SOL-ID45。

采用APDL语言先建立管板和换热管的横向截面，借用辅助单元Shell57划分网格，沿轴向拖拉成三维模型。

再建立管箱和壳体的轴向截面，绕轴旋转，生成如图1所示的换热器有限元模型。

该模型外径为508 mm，管板厚度为32 mm，壳体与管箱的壁厚为6 mm，换热管尺寸为准25 mm×2 mm。

总单元数为44 420个，总节点数为80 451个。

热分析时在壳程侧管板面、壳体内表面和换热管外表面施加44.7℃的温度载荷，管程侧管板面、管箱内表面和换热管内表面的温度载荷为112.8℃。

《装备制造技术》2020年第6期0引言换热器是一种极其重要的化工节能设备，是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，换热器在化工、石油、动力、食品及其他许多工业生产中占有重要地位。

按结构形式大致可分为浮头式换热器、固定管板式换热器、板式换热器、U 形管板换热器等，而固定管板式换热器由于其结构坚固，适用范围较广，较容易清洗维修等优点受到大多数化工企业的青睐[1]。

换热管与管板间的连接是换热器设计和制造中的最关键的技术之一，工作条件十分苛刻，多发事故，对连接质量要求很高。

而且管板作为固定管板式换热器中最重要的零件之一，用来排布换热管，同时连接管箱、壳体、管束，避免冷、热流体混合，并同时受管程、壳程压力和温度的作用，受力情况比较复杂，相较于其他零部件，换热器中管板的设计制造及强度验算更为重要。

近年来，由于化工装备行业的发展，化工企业的事故发生率也比较高，一旦在危险工况下，设备若发生泄露、破损等情况，后果将不堪设想。

随着工业技术的不断进步，以换热器为主的过程装备越来越向大型化、复杂化方向发展，使得对零部件的常规设计方法受到冲击。

目前，国内已经趋向于依靠数值模拟对固定管板式换热器结构进行有限元分析，而且已有较多成果。

许志鹏[2]考虑到换热器存在一定的温度载荷，对管板温度场的分布规律作出分析，计算由温度载荷导致的温度载荷应力分布，得出热应力的最大值在管板与壳体的连接处，温度载荷引起的热应力对管板造成的影响很大。

陈波等[3]采用ANSYS 软件对换热器管板整体进行建模及数值模拟，针对温度和压力两个因素对管板结构进行静力分析，得出最大应力小于许用应力时，管板产生形变，随固有频率的增加，管板表面前后出现不规则变形且运动越发复杂的结论。

本文使用Workbench18.0有限元分析软件，建立有限元分析模型，划分网格，并施加合理的边界条件。

对某换热器管板进行强度分析与模拟，综合分析了管板在管程压力、壳程压力的共同作用下，此换热器管板结构的应力分布情况以及变形规律。

基于ANSYS换热器法兰有限元分析及应力评定盖超会;肖健;谢小恒;刘慧【摘要】为了换热器在运行过程中，法兰结构安全。

利用 ANSYS 有限元分析软件，对换热器壳体法兰在机械载荷和温度载荷共同作用下的应力强度进行了分析，并对其危险截面做了应力评定和强度校核。

对壳体法兰不同危险部位进行分析与评定并且合格，这样才能保证其安全可靠地运行。

%In order to ensure the safety of the flange structure in the heat exchanger running, the stress intensity of heat exchanger shell flange under mechanical and temperature loads was analyzed by using finite element analysis software ANSYS, and its stress was assessed and stress intensity was checked, its dangerous section was analyzed and assessed.【期刊名称】《当代化工》【年(卷),期】2014(000)002【总页数】3页(P281-283)【关键词】机械载荷;温度载荷;热应力;应力强度;应力评定【作者】盖超会;肖健;谢小恒;刘慧【作者单位】武汉软件工程职业学院，湖北武汉 430074;武汉工程大学，湖北武汉 430074;武汉工程大学，湖北武汉 430074;武汉工程大学，湖北武汉 430074【正文语种】中文【中图分类】TQ050固定管板式换热器是应用非常广泛的管壳式换热器，法兰是其最主要的承压元件之一。

常规的计算方法是根据弹性薄壳理论，采用比较简单的公式、曲线及图表进行设计计算。

没有考虑壳体法兰上各点的温度差引起的应力，同时还受到换热器规模的限制[1]。

第四讲 热分析上机指导书CAD/CAM 实验室，USTC实验要求：1、通过对冷却栅管的热分析练习，熟悉用ANSYS 进展稳态热分析的根本过程，熟悉用直接耦合法、间接耦合法进展热应力分析的根本过程。

2、通过对铜块和铁块的水冷分析，熟悉用ANSYS 进展瞬态热分析的根本过程。

容1：冷却栅管问题问题描述：本实例确定一个冷却栅管〔图a 〕的温度场分布与位移和应力分布。

一个轴对称的冷却栅结构管为热流体，管外流体为空气。

冷却栅材料为不锈钢，特性如下：W/m ℃×109 MPa×10-5/℃边界条件：〔1〕管：压力：6.89 MPa流体温度：250 ℃对流系数249.23 W/m 2℃〔2〕管外：空气温度39℃对流系数：62.3 W/m 2℃假定冷却栅管无限长，根据冷却栅结构的对称性特点可以构造出的有限元模型如图b 。

其上下边界承受边界约束，管部承受均布压力。

练习1－1：冷却栅管的稳态热分析步骤：1. 定义工作文件名与工作标题1) 定义工作文件名：GUI: Utility Menu> File> Change Jobname ，在弹出的【ChangeJobname 】对话框中输入文件名Pipe_Thermal ，单击OK 按钮。

2) 定义工作标题：GUI: Utility Menu> File> Change Title ，在弹出的【Change Title 】对话框中2D Axisymmetrical Pipe Thermal Analysis ，单击OK 按钮。

3) 关闭坐标符号的显示：GUI: Utility Menu> PlotCtrls> Window Control> WindowOptions ，在弹出的【Window Options 】对话框的Location of triad 下拉列表框中选择No Shown 选项，单击OK 按钮。