[发明专利]换热管的大口径管简化模型有限元计算方法

摘要

换热管的大口径管简化模型有限元计算方法。管板式换热器是通过换热管两侧流体的温度差进行换热，从而达到加热一侧流体的目的一种设备。一种换热管的大口径管简化模型有限元计算方法，所述的计算方法分为六步，第一步建立简化的有限元计算模型，换热管通过多级数的等效；第二步根据有限元计算模型确定a级模型换热管的根数；第三步根据a级模型换热管的根数确定a级布置换热管的根数，第四步确定等效后换热管的截面积之和等于等效前换热管的截面积之和；第五步将各级换热管之间交错布置；第六步使不同级数的等效对应不同的修正系数0.20～1.09。本发明用于制作换热器管板。

主权项

一种换热器管板强度计算过程中换热管采用大口径管简化模型有限元计算方法，其组成包括：管板主体，其特征是：将管板主体上的所有换热管等效为数根大口径的换热管，并采用有限元计算方法根据等效后的简化模型计算获得结构尺寸，首先选取锅炉换热管为 2 级等效模型进行计算，得到锅炉换热管的等效换热管根数为 9；等效锅炉换热管的每根换热管横截面积 Am=A/9=126375 mm2；其中A：所有换热管总的横截面积，选取等效锅炉换热管的换热管内径为 200mm 可求得等效锅炉换热管的换热管外径为 448mm；利用模型的对称性建立 1/4 整体模型，对模型进行网格划分，等效前换热管外表面积与等效后换热管的外表面积之比为47；等效前换热管内表面积与等效后换热管的内表面积之比为96；等效后换热管外表面对流换热系数与等效前外表面对流换热系数之比为47；等效后换热管内表面对流换热系数与等效前内表面对流换热系数之比为96；模型热载荷边界条件的添加，计算得等效后锅炉换热管所受拉力为 10317KN，每根锅炉换热管等效根数为 4310/9=478.9，取二级等效模型的压力修正系数0.7 的修正后轴向应力为 81.62*0.7=57.134，实际锅炉换热管的轴向应力为 57.93MPa。