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管殼式熱交換器因其可靠性高、適用性廣泛成為很多工業部門中應用最廣的熱交換器。常規設計采用GB151—1999《管殼式換熱器》中當量等效近似方法,該當量等效力學模型和實際結構存在較大差異,尤其對于大型高參數熱交換器,若無法應用常規設計方法,必須進行分析設計。有限元方法是最常見的分析設計方法。本文應用ANSYS通用有限元軟件,對某實驗臺用熱交換器建立了有限元模型,模型分別采用實體單元和梁、殼單元對固定管板式熱交換器的殼體、管板和換熱管所構成的固定連接結構進行了應力分析研究,以及溫度載荷和壓力載荷同時作用下的有限元分析。在實驗臺上進行與有限元分析中引用載荷相同的溫度和壓力載荷進行實驗,并將實驗結果與有限元分析結果進行比較,研究表明采用梁、殼單元或實體單元均能獲得較精確的結果。考慮到熱交換器的建模難度、工程精度需求和計算時間,對于大型高參數熱交換器有限元分析采用梁、殼單元進行模擬,既可保證計算精度,又可降低建模難度,是切實可行的處理方法。
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結合石化裝置典型工位傳熱工程設計實例,對全焊接板式熱交換器在傳熱單元數NTU較高場合中的應用進行了介紹和分析。工業標定結果表明,全焊接板式熱交換器是一種特別適用于較高NTU場合的高效節能設備。
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