[发明专利]一种空气换热器管束疲劳寿命评估方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种空气换热器管束疲劳寿命评估方法，具体涉及一种基于热-流-固耦合计算的空气换热器管束疲劳寿命评估方法。属于疲劳强度领域。

背景技术

能源短缺问题已经成为世界各国极为关注并迫切希望解决的问题。为此，国家十二五计划提出了节能减排策略，把节约能源当作一项现实的紧迫任务来实施。换热器作为高能耗国民经济生产领域中的热量交换核心单元，广泛应用于航空、石油、化工、电力、食品等行业，设备工作的可靠性及传热效率的稳定性对工业生产有着极大的影响。换热器运行过程中，由于换热器介质的流动而引起传热元件的振动称为换热器内流体诱发振动。这种振动会引起换热器额外压力损失，同时导致剧烈的噪声和传热元件的破坏。换热器因流体流动引起振动的现象显著地增多，制约着换热器技术的进一步发展。

由于换热器的构造应力复杂，工作条件恶劣，焊接缺陷难以控制等原因，空气换热器管束中经常会出现微观裂纹甚至开裂现象，会造成换热器局部失效甚至整体报废，给企业以及国家带来巨大的经济损失，该问题具有一定的普遍性。

为了解决上述问题，需要采用疲劳寿命评估方法对换热器管束进行疲劳寿命评估，一旦换热管束出现疲劳裂纹，即可采用该方法对其剩余寿命进行快速、准确的评估，进而对后续换热器的生产、使用以及维护做出科学决策，这对于确保空气换热器的正常工作具有重要意义。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种空气换热器管束疲劳寿命评估方法，所述方法评估结果可靠、逻辑清楚、检测手段、方法简单，可以对空气换热器管束的寿命进行评估，进而为设计人员的决策方案提供参考，确保换热器的正常工作。

本发明的目的由以下技术方案实现：

一种空气换热器管束疲劳寿命评估方法，步骤如下：

步骤一，建立空气换热器三维有限元计算模型；

具体为先建立空气换热器的三维模型，再对所述三维模型进行网格划分，获得空气换热器三维有限元计算模型；

步骤二，数值计算

(1)对空气换热器壳程流场进行数值计算，获得壳程流体的速度分布和压力分布；

(2)对空气换热器进行温度场数值计算，获得空气换热器管板和管束的温度分布。

步骤三，耦合计算

利用有限元计算软件，将步骤二获得的速度分布、压力分布、温度分布作为边界条件施加到三维有限元计算模型中进行耦合计算，获得换热器应力分布和应变分布，根据应变分布得到空气换热器管束危险部位的最大当量塑性应变范围Δε_pmax。

步骤四，空气换热器管束疲劳寿命评估

Δϵp·Nfa=C---(1)]]>

寿命评估采用Manson－Coffin公式中的应变法，具体公式为：

其中：Δε_p为塑性应变范围；N_f为试样材料的疲劳寿命；a、C分别为材料常数；

对上式两边取对数整理得：

logNf=1a(logC-logΔϵp)---(2)]]>

由上式看出取对数后，塑性应变范围Δε_p与疲劳寿命N_f成线性关系；