應(yīng)用 | 螺旋板換熱器接管有限元分析

2017-03-10 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

前言

隨著能源消耗加劇,螺旋板換熱器由于具有獨特的特點逐漸受到重視。在經(jīng)過多年的發(fā)展,螺旋板換熱器已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于多個行業(yè)與領(lǐng)域。

圖1 螺旋板換熱器結(jié)構(gòu)示意圖

螺旋板換熱器進出口的局部流阻要占總流阻的5%~10%左右,因此選擇合理的進出口結(jié)構(gòu)型式對降低壓強降、減少功率消耗乃至系統(tǒng)節(jié)能都有很大的優(yōu)勢。對與螺旋板換熱器除端部軸向接管外還具有螺旋通道外的側(cè)向接管。側(cè)向接管主要有四種接管結(jié)構(gòu):(1) 徑向接管;(2) 帶管箱的徑向接管結(jié)構(gòu);(3) 切向接管;(4) 帶管箱的切向接管。

本節(jié)以帶管箱的徑向接管結(jié)構(gòu)為例。帶管箱的徑向接管結(jié)構(gòu)如圖2所示,其結(jié)構(gòu)由筒體、管箱、接管構(gòu)成,管箱形式一般為半圓形筒體。設(shè)計參數(shù)為:接管a的長度La=50mm,接管a處管箱高度LRa=400mm,接管a處管箱半徑Ra=80mm,接管b的長度Lb=50mm接管b處管箱高度LRb=400mm,接管b處管箱半徑Rb=80mm。

圖2 帶管箱的徑向接管結(jié)構(gòu)圖

如圖3,4分別為徑向接管的模型與網(wǎng)格劃分圖,在殼體上有接管的因素存在,使殼體變?yōu)榱瞬灰?guī)則體,在網(wǎng)格劃分中采用FREE的劃分方法,就此模型仍可達到計算精度的要求。

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圖3 帶管箱徑向接管的幾何模型

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圖4 帶管箱徑向接管的網(wǎng)格模型

圖5所示為帶管箱的徑向接管的應(yīng)力云圖,從云圖可以看出帶管箱的徑向接管結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力點在管箱殼體相交處其總體應(yīng)力值為583.0MPa。由圖可見:在管箱與殼體相交處會產(chǎn)生集中力,尤其是在四個尖角處集中力較為顯著,在遠(yuǎn)離此區(qū)域應(yīng)力逐漸減小。

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圖5 帶管箱徑向接管總體應(yīng)力云圖

如圖6所示為接管管箱長度與最大應(yīng)力的曲線圖,在此設(shè)計分析中其他各參數(shù)不變僅改變管箱的長度,管箱長度取值范圍從150mm到400mm。由曲線中可以看出在管箱長度為400mm時應(yīng)力最大,當(dāng)L>300mm時應(yīng)力值減小效果比較明顯,應(yīng)力從583.0MPa減小到419.0MPa,減小了39.1%。當(dāng)150mm<L<300mm時,應(yīng)力基本趨于平穩(wěn),因此在管箱長度為300mm即管箱長度與殼體高度比L/H為0.6時設(shè)計較為合理。

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圖6 管箱長度與最大應(yīng)力關(guān)系

圖7所示為管箱半徑與應(yīng)力關(guān)系圖。分析中模型參數(shù)管箱長度為300mm,管箱半徑設(shè)置范圍為50~100mm,其余參數(shù)與初始設(shè)置相同。由圖7可以看到管箱半徑越小其應(yīng)力值越小,管箱半徑70mm<R<100mm時應(yīng)力減小很快,從最大值505.3MPa下降到379.6MPa,減小了33.1%,當(dāng)50mm< R<70mm時應(yīng)力仍然有所降低但變化很小。因此在直徑為560mm時管箱半徑選取70mm,即管箱半徑與殼體半徑比為0.25時較為合理。