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用ANSYS和FLUENT進行管殼式換熱器整體分析(一)
責任編輯:hylng    瀏覽:28799次    時間: 2013-05-30 22:58:16       | 作者:郭崇志 林長青

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摘要:用數值模擬計算軟件進行管殼式換熱器的流體力學和傳熱性能計算及評估已經成為開發和研究管殼式換熱器的重要手段之 一,由于結構和流道復雜,導致正確地進行換熱器的流體力學性能和傳熱性能計算和評估有一定的困難。而對換熱器的結構性能進行正確分析一般都需要進行流..

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用數值模擬計算軟件進行管殼式換熱器的流體力學和傳熱性能計算及評估已經成為開發和研究管殼式換熱器的重要手段之 一,由于結構和流道復雜,導致正確地進行換熱器的流體力學性能和傳熱性能計算和評估有一定的困難。而對換熱器的結構性能進行正確分析一般都需要進行流固耦 合模擬,假如要同時進行換熱器的流體活動與傳熱和結構性能分析就更加困難。

有關管殼式換熱器的溫度場研究,目前大多數文獻集中于研究管板 的溫度場及所產生溫差應力、以及由此導致的結構強度等題目,通常利用ANSYS 大型商用軟件行管殼式換熱器管板結構的溫度場研究,采用簡化的三維實體模型較多,一般利用已知的均勻溫度或利用已知的換熱(膜)系數對幾何結構模型加載, 而這些已知條件通常來源于手冊提供的數據或者經驗數據,并非來源于嚴格的換熱器流體力學與傳熱工藝的數值計算,因此是產生結果計算偏差的主要原因之一。

目 前文獻對于給定工藝條件下管殼式換熱器的整體溫度場研究的并未幾,由于正確的溫度場是研究溫差應力及其危害的條件,因此本文利用FLUENT 和ANSYS 軟件對一臺固定管板換熱器的約束構件之間的整體結構在正常運行工況下的數值模擬題目進行了研究,首先從計算流體力學與傳熱的角度出發,利用FLUENT軟 件進行換熱器流體活動與傳熱的工藝狀況數值模擬。然后把FLUENT 軟件的數值模擬結果導進ANSYS中作節點插值,完成溫度場的重建,作為進行換熱器的熱分析以及結構分析的邊界條件。從而實現了管殼式換熱器的 FLUENT 和ANSYS 聯合仿真模擬,綜合整個過程可以很好地完成同一條件下換熱器的流體力學與傳熱和結構性能分析,使得換熱器的工藝性能計算與結構分析計算完整地結合在一起, 計算精度更高。

1 CFD數值模擬

本文研究的換熱器結構示意如圖1所示,在對實際結構進行公道簡化的基礎上,以影響活動 和傳熱的主要結構建立了某固定管板式換熱器溫度場數值計算模型,采用分段模擬、整體綜合的方法,利用 FLUENT軟件對該換熱器在正常操縱工況下的活動與傳熱情況進行數值模擬[8] ,得到計算流道上有關各個構件的壁溫場分布。
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