X型板式换热器的数值模拟结构热应力分析

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。

固定管板式换热器的温差热应力数值分析郭崇志＊　周　洁(华南理工大学)摘　要　建立由管板、壳体和换热管组成的有限元分析简化模型,利用通过C F D数值模拟得到的各个相应壁面温度数据拟合而成的温度-距离函数关系式,在A N S Y S软件中对固定管板式换热器的换热管、壳体和管板表面加载进行结构热分析,得到了温度分布模型。

还将所得的节点温度作为热载荷加载到结构对应点上计算换热器的整体温差热应力,着重分析管板与管子及壳体连接处附近的热应力分布,并给出了沿管板径向和厚度方向上的热应力变化曲线。

关键词　固定管板式换热器　温差　热应力　数值分析中图分类号　T Q051.5 文献标识码　A 文章编号　0254-6094(2009)01-0041-06 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,而换热过程中它们分别与不同温度的流体接触,势必产生温差,从而使得构件间产生不同的热变形量,造成刚性连接的构件间的热变形受到约束,进而产生温差热应力。

目前公开发表的大多数文献集中研究以换热器部分结构建模的温度场及热应力分析,例如管板的温差热应力分析就是一个重点。

而对于在相互约束条件下,换热器的管束、管板和壳体的整体模型结构的整体热应力研究并不多。

文献[1]中把换热器管板视为各向同性的轴对称结构,在材料的弹性范围内,且弹性模量和热膨胀系数保持不变的情况下计算热应力,但是没有给出管板壁温的计算方法。

G a n d n e r[2]分析认为板中只在靠近板表面的一层金属中存在较大的温度梯度(称为“表皮效应”),因而只在板表面处存在显著的热应力,而其余部分热应力可以忽略,但是实际上管板的温度场要复杂得多。

S i g n等人[3～5]考虑到三维有限元分析的复杂性,对管板进行了各种简化分析。

薛明德和吴强胜[6]试图从管板(包括与其相连的换热管与壳体)的温度场、热应力场分析出发去探讨改善管板设计的途径,提出了一种分析换热器管板温度场的简化方法。

固定管板换热器非均匀布管结构应力分析李小虎;王强【摘要】某项目中固定管板式换热器的管板仅上半部分布管,下部分筒体未布管区有较大开孔,且筒体上设计有膨胀节.采用ANSYS软件对设备整体进行分析计算,对比分析了此类结构有无膨胀节的区别,并对该结构进行改进以满足工艺要求.根据JB/T 4732—1995 (2005年确认) 《钢制压力容器—分析设计标准》对设备进行强度和热应力评定,并为该类型非均匀布管式换热器的设计提供参考.%Only the upper part of the tubesheet of a fixed tubesheet heat exchanger was distributed by tubesheet,the area of the lower part of the cylinder had a larger nozzle,and the expansion joint was designed on the cylinder. The ANSYS software was used for the overall analysis and calculation. The difference between structures with or without expansion joints was compared and analyzed, and the structure was improved to meet the technological requirements. According to JB/T 4732-1995, the strength and thermal stress of the device were evaluated,and it provided a reference for the design of the irregular tubesheet heat exchanger.【期刊名称】《化工装备技术》【年(卷),期】2018(039)002【总页数】6页(P23-28)【关键词】换热器;管板;膨胀节;有限元分析【作者】李小虎;王强【作者单位】上海森松压力容器有限公司;中国特种设备检测研究院【正文语种】中文【中图分类】TQ051.5固定管板式热交换器以其结构简单、适用范围广等优点在石油化工领域扮演着重要角色 [1-2]。

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。

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。

板式换热器实验报告板式换热器实验报告引言：板式换热器是一种常见的热交换设备，广泛应用于工业生产和能源系统中。

本实验旨在通过实际操作和数据分析，探究板式换热器的传热性能和优化设计。

实验目的：1. 研究板式换热器的传热特性，包括传热系数和热阻；2. 分析不同工况下板式换热器的性能变化；3. 探讨板式换热器的优化设计方法。

实验装置与方法：实验装置由板式换热器、加热器、冷却器、流量计、温度传感器等组成。

首先，将热媒液体通过加热器加热至一定温度，然后通过板式换热器流动，最后由冷却器冷却。

在实验过程中，记录流量计的读数和温度传感器的数据，并根据实验数据计算传热系数和热阻。

实验结果与分析：通过实验，我们得到了不同工况下的实验数据，并进行了数据分析。

在分析过程中，我们发现传热系数与流体流速和温度差密切相关。

当流速增大或温度差增大时，传热系数也相应增大。

这是因为流速增大可以增加流体与板式换热器之间的传热面积，而温度差增大可以增加传热的驱动力。

另外，我们还发现在实验中，板式换热器的热阻与流速和板间距有关。

当流速增大或板间距减小时，热阻也相应减小。

这是因为流速增大可以增加流体的对流传热，而板间距减小可以减小传热过程中的热阻。

根据实验结果和分析，我们可以得出以下结论：1. 板式换热器的传热性能受到流速和温度差的影响，应根据具体工况进行优化设计；2. 流速和板间距是影响板式换热器热阻的重要因素，可以通过调整这些参数来改善换热器的性能；3. 在实际应用中，还应考虑材料的选择、换热面积的设计等因素，以进一步优化板式换热器的性能。

结论：通过本次实验，我们深入了解了板式换热器的传热特性和优化设计方法。

实验结果和分析为我们在实际应用中合理选择和设计板式换热器提供了参考依据。

在未来的工程实践中，我们将更加注重板式换热器的性能优化，以提高能源利用效率和工业生产效益。

参考文献：[1] 李晓明. 板式换热器传热性能实验研究[J]. 热力发电, 2015, 44(3): 78-81.[2] 张宇航, 陈鹏. 板式换热器传热性能优化设计研究[J]. 机械与电子, 2016, 34(5): 87-90.[3] 王红梅, 郑宇. 板式换热器传热性能实验研究及优化[J]. 机械科学与技术, 2017, 36(2): 56-60.。

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。

科技风2017年10月上D O I：10.19392/j.c n k i.1671-7341.201719177浅谈板式换热器性能的数值模拟4理论研究____________________________________________________________________________________王二龙四平市热交换产品质量监督检验中心（国家热交换产品质量监督检验中心）吉林四平136000摘要：文章通过研究三角形凸台全傳接板式换热器的换热性能及阻力性能探究了板式换热器性能的数值模拟方法，文章具 有一定的实用性和参考价值。

关键词：板式；换热器；数值模拟板式换热器已经成为了各行业最重要的换热元件之一，其性能要求相对较高。

为了进一步对其研究，有必要从数值模拟方面入手探究其性能的高效性与可靠性。

1换热器的数值计算模型1.1物理模型文中用于计算分析的模型为某三角形凸台板式换热器的一部分主换热区。

为了对不同凸台倾角及间距几何参数所具有的换热性能与阻力性能的影响，其换热板片参数的设置情况如下表。

不同凸台倾角下换热板片的几何参数表倾角.(A 凸台间距b(mm)凸台截面内角9(A计算模型尺寸（mm)2510.545100 x2003510.545100 x2004510.545100 x2005510.545100 x2006510.545100 x2007510&545100 x2008510&545100 x2001.2数学模型为了进行数字模拟现对该模型做以下基本假设:%1&文中涉及的流体介质均为连续介质，为此，文中采用无 滑移的N a v ie o S to k e P N-S)方程对流场进行求解；(2)文中所模拟的流动均为定常流动，计算时不计重力与 浮升力；(3 &文中介质所进行的流动均属于低速流动，流体流动因 为粘性作用产生的耗散热效应都忽略不计；(4&因为文中所涉及的流体流速都偏低，而且流体介质都 属于不可压缩粘性流体，因此，可以不计压力以及温度给流体 介质比热容及其粘性系数所产生的影响，基于以上分析，可以 把通道中的流体介质设置为常物性；(5 &计算时，将入口流量在各层流面中的不均勻分布忽略，为此，文中认为进口来流均勾。

换热器管板的应力分析和安全评定换热器是工业生产中广泛应用的一种设备，通常用于将两种介质在不混合的情况下进行热量传递。

它由很多管子和管板构成，介质在管子内流动，通过管板上的孔洞进行热量交换。

在使用换热器时，其安全性是至关紧要的，由于任何故障都可能导致物质泄漏和人身损害。

因此，在生产过程中应对换热器进行应力分析和安全评定来保证其安全性。

一、换热器管板的应力分析为了进行换热器管板的应力分析，我们首先需要确定造成管板应力的因素。

换热器管板中存在的重要应力因素包括内压、重量和温差。

其中，内压是最重要的应力因素之一，它是由介质在管子内流动时所产生的。

介质内部的压力会渐渐加添，等于介质流入管子与流出管子时产生的总阻力，因此内压对管板的应力会产生显著的影响。

在确定了产生应力的重要因素后，我们需要使用Mises应力理论推导出管板上所承受的应力。

Mises应力理论是一种用于求解材料在三维状态下的最大直应力与剪应力的理论，它可以用于推测并掌控材料的破坏情况。

依据Mises应力理论和力学原理，我们可以得出换热器管板上所承受的应力公式如下：σ = (1/2) * [ (p*D^2)/4t - WgH/(2bh) + (ΔT*α*E) ]其中，σ表示管板受到的应力，p表示介质内压力，D表示管子直径，t表示管壁厚度，Wg表示介质所产生的重力，H表示管子长度，b和h分别是孔洞的宽度和高度，ΔT表示介质的温差，α表示材料的热膨胀系数，E表示杨氏模量。

依据上述公式，我们可以分析出导致管板应力变化的各个参数之间的关系。

例如，当p增大或D减小时，σ也会加添；当t增大或Wg减小时，σ会减小。

此外，ΔT也会对管板应力产生重点影响，当ΔT加添时，σ也会加添。

二、换热器管板的安全评定在进行换热器管板的安全评定时，我们需要首先了解管板的材质和强度特性。

一般来说，管板的材质通常是不锈钢、碳钢或者铜等。

我们需要通过对材料的强度测试来确认材质的耐用程度以及对于承当应力的峰值本领。

板式换热器流体流动特性数值模拟方案分析板式换热器是一种常见的换热设备，广泛应用于化工、石油、冶金、能源等工业领域。

对于板式换热器的流体流动特性进行数值模拟分析，可以为优化其设计和运行提供重要的参考依据。

本文将从数值模拟方案的选择、模型建立、求解方法以及结果分析等方面，对板式换热器流体流动特性数值模拟进行分析。

首先，对于板式换热器流体流动特性的数值模拟，选择合适的数值模拟方案非常重要。

常见的数值模拟方案包括有限体积法、有限差分法和有限元法等。

针对板式换热器的数值模拟，有限体积法通常被认为是比较合适的选择，因为它可以较好地考虑流体在小尺度上的变化，并且对于复杂的几何形状也有较好的适应性。

接下来，建立合适的数值模型是进行板式换热器流体流动特性数值模拟的关键步骤。

首先，需要确定换热板和流体的几何特征，包括板间距、板高度、板数等；其次，需要选择合适的流动模型和换热模型，例如雷诺平均N-S方程和k-ε湍流模型；最后，需要设置边界条件，包括入口速度、温度和压力等。

通过合理的数值模型建立，可以准确模拟出板式换热器内部的流体流动情况。

在数值模拟求解方法方面，可以采用压力-速度耦合的方法进行求解。

首先，通过离散化的方法将连续的流动方程转化为离散的代数方程，形成一个稀疏的线性方程组；然后，通过迭代求解该线性方程组，得到流体的速度和压力场分布。

在迭代过程中，可以采用SIMPLE算法或者其它更高级的算法来提高求解效率和收敛性。

最后，对板式换热器流体流动特性进行数值模拟后，需要对模拟结果进行分析和验证。

可以通过比较模拟结果和实际测试数据进行验证，并对流体流动特性进行详细的分析。

比如，可以分析流体的速度、压力和温度分布情况，探究流体在换热器内部的流动规律。

此外，还可以分析换热性能的指标，如传热系数和压降等，验证模拟结果的准确性。

总之，对于板式换热器流体流动特性的数值模拟方案分析，需要选择合适的数值模拟方案，建立准确的数值模型，采用适当的数值求解方法，并对模拟结果进行分析和验证。

固定管板式换热器管板的应力分析和强度评定摘要:换热器通俗来讲是同种流体间能够通过热能传递的一个机器装备。

不管是多种流体亦或者是固定粒子，相遇时将能够产生热接触。

换热器之所以在工业生产中受到重视，原因在于工业领域所需要的食品、能源等行业都有换热器存在，换热器在工业生产中占据重要地位，由于它的特点之一是能够对能源进行存储转换，因此在新能源利用中收到相当好的效果。

随着全球经济飞速发展，在能源利用上经常出现浪费资源等问题，工业生产带来的不仅是发展，也产生能源紧张的弊端。

因此，为了节约能源及寻求循环利用的办法，全球目前都致力于此项活动。

换热器之所以被广泛应用，很大一部分原因则是因为在化工生产中能通过合能源来进行转换回收。

换热器是由管板和换热管综连接而成的，因此若是结构不连续，局部产生应力集中或应力过大会造成换热管出现破败现象，导致产生各种质量问题。

综上所述，本文将详细讲述关于固定管板式换热器管板的应力分析和强度评定的必要性及出现问题后相关解决措施。

关键词:固定管板式；换热器管板；应力分析和强度引言:关于工业企业生产过程中的机器设备换热器，它分为四种种类，有接触式，蓄热式，间壁式和中间载体式几种，但厂里最常用的乃是表面式换热器，而固定管壳式换热器则是间壁式分类而来，它的结构特点是十分坚固，且适用范围广，能够承受住企业较大的操作压力，之所以如此受企业青睐，其中的原因是生产成本低，清洗操作方便。

尽管在科技高速发展的时代有各类新型换热器出现在市场，但固定管板式换热器依然占据主导地位，则是因为它的优点多。

一、关于固定管板式换热器管板的应力分析和强度必要性固定管板式换热器之所以站在主导地位，则是因为它造价成本低，受众范围广，且能承受压力大。

且它损坏之后可以进行更换，简单快捷。

尽管固定管板式换热器拥有众多优点，但也存在一定硬伤，它由于结构原因容易导致管束与壳体之间的壁温过大而泄露，或者封口被腐蚀等，当它产生较大热应力，将会致使换热管失效或运行停止。

第一章概论1.1综述目前板式换热器已成为高效、紧凑的热交换设备，大量地应用于工业中。

它的发展已有一百多年的历史。

德国在1878年发明了板式换热器，并获得专利，到1886年，由法国M.Malvazin首次设计出沟道板板式换热器，并在葡萄酒生产中用于灭菌。

APV公司的R.Seligman在1923年成功地设计了可以成批生产的板式换热器，开始时是运用很多铸造青铜板片组合在一起，很像板框式压滤机。

1930年以后，才有不锈钢或铜薄板压制的波纹板片板式换热器，板片四周用垫片密封，从此板式换热器的板片，由沟道板的形式跨入了现代用薄板压制的波纹板形式，为板式换热器的发展奠定了基础。

与此同时，流体力学与传热学的发展对板式换热器的发展做出了重要的贡献，也是板式换热器设计开发最重要的技术理论依据。

如：19世纪末到20世纪初，雷诺（Reynolds）用实验证实了层流和紊流的客观存在，提出了雷诺数——为流动阻力和损失奠定了基础。

此外，在流体、传热方面有杰出贡献的学者还有瑞利（Reyleigh）、普朗特（Prandtl）、库塔（Kutta）、儒可夫斯基（жуковскиǔ）、钱学森、周培源、吴仲华等。

通过广泛的应用与实践，人们加深了对板式换热器优越性的认识，随着应用领域的扩大和制造技术的进步，使板式换热器的发展加快，目前已成为很重要的换热设备。

近几十年来，板式换热器的技术发展，可以归纳为以下几个方面。

1：研究高效的波纹板片。

初期的板片是铣制的沟道板，至三四十年代，才用薄金属板压制成波纹板，相继出现水平平直波纹、阶梯形波纹、人字形波纹等形式繁多的波纹片。

同一种形式的波纹，又对其波纹的断面尺寸——波纹的高度、节距、圆角等进行大量的研究，同时也发展了一些特殊用途的板片。

2：研究适用于腐蚀介质的板片、垫片材料及涂（镀）层。

3：研究提高使用压力和使用温度。

4：发展大型板式换热器。

5：研究板式换热器的传热和流体阻力。

6：研究板式换热器提高换热综合效率的可能途径。