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制冷裝置用蒸發(fā)器管板，由于管板結(jié)構(gòu)比較特殊性，無法采用GB 151-1999《管殼式換熱器》進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計。企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《制冷裝置用壓力容器部分元件的設(shè)計計算》中管板厚度公式考慮因素較少，且得出的厚度偏薄。基于此研究現(xiàn)狀，本研究采用有限元分析方法，建立了包括筒體、換熱管和管板在內(nèi)的三維有限元計算模型，對蒸發(fā)器管板的穩(wěn)態(tài)溫度場和熱應(yīng)力場進(jìn)行了分析。本研究分析的某系列蒸發(fā)器管板，工程設(shè)計中其厚度一律取38ｍｍ。現(xiàn)采用有限元分析軟件對該系列蒸發(fā)器管板進(jìn)行應(yīng)力強(qiáng)度分析，以探討原設(shè)計方法的安全性和合理性，為進(jìn)一步提出制冷裝置蒸發(fā)器管板的設(shè)計方法奠定基礎(chǔ)
本研究采用VB和ANSYS的APDL語言進(jìn)行混合編程設(shè)計的方法，利用VB界面輸入管板強(qiáng)度分析有關(guān)參數(shù)，并由VB調(diào)用ANSYS APDL語言編寫的控件，建立參數(shù)傳遞機(jī)制，自動在ANSYS工作目錄下生成相關(guān)的宏文件，從而實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)器管板強(qiáng)度的有限元分析。
管板參數(shù)化有限元分析的VB界面如圖所示。此次分析的G1，G2和G3型蒸發(fā)器，結(jié)構(gòu)尺寸相同，換熱管數(shù)量和布管方式有所不同，管板兼做支撐，蒸發(fā)器幾何參數(shù)，管板布管模型見圖。
蒸發(fā)器殼程進(jìn)出口工作溫度為1/19.5℃，管程進(jìn)出口工作溫度為23.3/3℃，殼程設(shè)計溫度為149℃，設(shè)計壓力為1.38ＭＰａ，管程設(shè)計溫度為38℃，設(shè)計壓力為2.1ＭＰａ。以下物性參數(shù)均是在設(shè)計溫度條件下查得。
1)對稱性。管板上換熱管排列采用左右對稱形式，所以實(shí)際模型可以簡化為具有一個對稱面的二分之一模型。
2)邊緣效應(yīng)。由于換熱器的整體結(jié)構(gòu)較為龐大，考慮到計算機(jī)性能有限，可根據(jù)邊緣效應(yīng)公式Ｌ≥2.5Ｒｔ來確定筒體和換熱管沿殼程方向伸出管板的長度。由此公式得出換熱管伸出長度Ｌｈ≥7.0ｍｍ，殼體伸出長度Ｌｑ≥144.5ｍｍ。考慮到筒體和換熱管材料不同，在進(jìn)行耦合運(yùn)算時熱膨脹量不同，所以在本模型中，選取換熱管和筒體伸出長度為整個換熱器長度的一半，即長度為1559ｍｍ。
3)其他簡化。忽略換熱管在管程伸出長度，忽略堆焊層。換熱管與管板采用強(qiáng)度脹，假設(shè)兩者緊密結(jié)合，建模時共用同一接觸面，不考慮接觸問題。在整個管板位置上，管板厚度并不是完全相同，在布管區(qū)外圍一小部分，厚度略小于38ｍｍ，忽略此差異，認(rèn)為厚度一樣。
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