熱管換熱器管板溫度場分析

鹽城工業職業技術學院 許志鵬 王其松 陳淑君

熱管換熱器管板溫度場分析

鹽城工業職業技術學院 許志鵬 王其松 陳淑君

本文通過對熱管換熱器溫度場的溫度分析、溫度分布模擬及溫度場分布路徑分析等得出：在靠近煙氣進口處，溫度較高，且溫度載荷相對而言較大，坡度比較明顯；在布管區域，其溫度變化相對而言比較緩和，坡度較小；煙氣出口與空氣入口處，由于存在較大的溫度載荷，所以其厚度方向上的梯度分布比較明顯。

溫度；載荷；熱應力

熱管換熱器工況是冷側與熱側存在著一定溫度載荷，溫度載荷應力對結構產生一定的破壞，因此溫度載荷所帶來的熱應力是需要分析的。

1 管板溫度場分析

由于管板是用來分隔冷熱流體、固定并承載熱管、連接殼體的一個長方形平板，在其厚度方向上，假定其簡化模型并建立坐標系，如圖1所示。

圖1 模型簡化示意圖

2 熱分析方式

本文是對熱管換熱器進行強度研究，根據實際工況，管板沒有內熱源，只進行熱傳導分析。其中，考慮到溫度邊界基于最危險工況，所以是偏于安全合理的。

3 溫度場模擬

圖2 管板溫度分布云圖

在ANSYS中，通過模擬運算得到熱管換熱器管板模型溫度分布云圖[1]，從圖2可以看出，避開熱管后，溫度變化不大，所以在此不詳細討論，只以云圖形式展現出避開熱管后的管板溫度分布情況。但是對于后面相關的應力計算而言，管陣列自身的質量對管板形成的壓力需要考慮到機械載荷當中[2]。

4 溫度場分布路徑分析

為了更好地體現管板上的溫度分布規律，下面從數值上來說明管板溫度規律。

圖3 溫度分布曲線示意圖

分析圖3中的曲線分布，可以得到以下認識：在縱向上，靠近煙氣進口處，溫度較高，且溫度載荷相對而言較大，坡度比較明顯；在布管區域，其溫度變化相對而言比較緩和，坡度較小；煙氣出口與空氣入口處，由于存在較大的溫度載荷，所以其厚度方向上的梯度分布比較明顯。綜合分析數據與現實中設備運行溫度分布接近，是合理的。

5 小結

經過模擬分析后，得到熱管換熱器管板的溫度分布情況，可以比較清楚地了解到熱管換熱器內，管板冷側與熱側在正常工況下，氣體流經管板處的溫度分布情況，其中溫度最高值在熱側氣體進口處，溫度最低位置在冷側氣體進口處，在冷側出口處，溫度由于熱管換熱器內的溫度傳遞達到215℃，而熱側出口處由于換熱溫度降低到193℃。考慮溫度差時，在管板熱側進口與冷側出口處，溫差相對較大。

[1]蘇榮華.結構仿真分析ANSYS應用[M].沈陽:東北大學出版社,2005:19～23.

[2]毛謙德,李振清.機械設計手冊[M].機械工業出版社,2010: 212～252.

鹽城工業職業技術學院校級課題（DJK100活塞全自動內外圓倒角機的研制）。