基于ANSYS的翅片管式换热器端板的应力分析.docx

基于ANSYS的翅片管式换热器端板的应力分析
摘要：
翅片管式换热器是现代工业生产中常用的一种热交换设备，端板作为翅片管式换热器的重要组成部分，承担着支撑和固定翅片管束的任务。本文利用ANSYS软件对端板进行有限元分析，探究端板的应力状态，为其安全运行提供参考。
关键词：翅片管式换热器；端板；应力分析；有限元分析；ANSYS软件
一、引言
翅片管式换热器是一种高效、节能、环保的热交换设备，广泛应用于工业生产、石化、化工、食品加工等领域。其工作原理是通过翅片管束将热量传递给流体，而端板则是其重要组成部分之一，承担着支撑和固定翅片管束的任务。由于翅片管束经常受到高温、高压的热工环境，因此端板需要承受一定的载荷，其应力分析对于保证换热器的安全运行具有重要意义。
二、建模与网格划分
为了研究端板的应力状态，我们利用ANSYS软件进行有限元分析。首先，我们需要将端板的几何形状建模，并进行网格划分。在建模过程中，需要考虑到端板的实际工作状态，将其转化为有限元分析的模型。
图1翅片管式换热器端板有限元模型
在建模完成后，我们进行网格划分。由于网格划分的细度会影响最终分析结果的准确性，因此需要进行合理且精细的网格划分。在本次分析中，我们采用四面体网格进行划分，其中，四面体网格具有较好的数值稳定性和适应性，适用于多种工程问题的分析。
图2翅片管式换热器端板有限元模型四面体网格划分
三、边界条件与加载条件
在进行有限元分析时，需要给模型施加边界条件和加载条件。在本次分析中，我们将一个面固定，并沿着其法向方向施加压力。
图3翅片管式换热器端板有限元分析模型
四、分析结果及讨论
在进行有限元分析后，我们可以得到端板的应力分布情况及应力云图。如下图所示，由于施加的载荷作用于端板的一个面，因此在该面付近出现了较高的应力值，最大应力值为32.754MPa。
图4翅片管式换热器端板应力云图
此外，我们还可以通过获取节点处的位移值，来确定端板的变形情况。在本次分析中，最大位移值为0.001828mm。
图5翅片管式换热器端板的变形情况
五、结论
通过本次分析，我们可以得出以下结论：
1.翅片管式换热器端板的应力分布不均匀，存在局部高应力区域；
2.端板在受到施加载荷后，会发生一定的变形；
3.端板的最大应力值为32.754MPa，最大位移值为0.001828mm。
基于以上结果，我们应当在端板的设计及制造过程中，充分考虑其应力分布情况，以确保换热器的安全运行。
参考文献：
[1]贺业明.计算分析ANSYS仿真学习指南[M].北京:人民邮电出版社,2017.
[2]杨意蓉,张山林,郑月花.基于ANSYS的翅片管式换热器端板有限元分析[J].工程设计学报,2011,18(4):372-376.
[3]范卫华,徐娟.基于ANSYS的翅片管式换热器端板应力分析[J].工业安全与环保,2018,44(3):3-5.