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大型管壳式换热器热-结构耦合场数值模拟研究
一、引言
大型管壳式换热器是化工、能源等行业中重要的传热设备，其工作原理是将热量从高温流体传递给低温流体。近年来，随着模拟计算技术的发展，热-结构耦合场数值模拟成为研究大型管壳式换热器传热特性的一种主要方法，可以更加准确地预测其传热和结构特性，为其优化设计和运行提供技术支持。
二、大型管壳式换热器的结构和传热特性
大型管壳式换热器由管束、壳体、端盖等组成，流体分别从管内和壳侧进入，经过管壁进行传热，最终从出口处流出。其传热特性受到多种因素的影响，如进口流速、进口温度、管外几何尺寸、管内流体流动状态等，同时大型管壳式换热器内部存在复杂的流体动力学和热传递过程。
三、热-结构耦合场数值模拟的原理和方法
热-结构耦合场数值模拟是将热传递过程和结构力学特性考虑在内的一种数值模拟方法，可以对大型管壳式换热器的结构和传热特性进行预测和分析。其原理是基于热传递方程和结构力学方程，通过数值方法求解得到结构应力、变形、温度分布等关键参数。常用的数值模拟方法有有限元法、有限体积法等。
四、热-结构耦合场数值模拟在大型管壳式换热器中的应用
通过热-结构耦合场数值模拟，可以对大型管壳式换热器进行多种预测和分析。一是可以预测换热器的传热性能，如传热系数、温度分布等，为优化设计提供依据。二是可以预测换热器的结构特性，如应力、变形等，为改善其稳定性和可靠性提供依据。三是可以预测换热器的运行状态，如流体分布、压力分布等，为运行管理提供依据。
五、结论
热-结构耦合场数值模拟是一种在大型管壳式换热器中广泛应用的数值模拟方法。通过模拟计算，可以准确预测换热器的结构和传热特性，为其优化设计和运行提供依据，具有重要的意义和应用价值。