基于流熱固耦合的U型管式熔鹽換熱器溫度場與應力場分析

陳玉爽 田 健 丁夢婷,2 鄒 楊 王納秀

1（中國科學院上海應用物理研究所 上海 201800）

2（中國科學院大學 北京 100049）

U型管式換熱器是一種較為常見的剛性結構管殼式換熱器，換熱管與外殼分別焊接在管板上用以形成冷熱流體的換熱通道。而熔鹽換熱器運行溫度高，冷熱介質溫差大，在運行過程中，由于冷熱流體溫度與流量不同，在換熱器的管板、換熱管和殼體中會產生較大的溫差與壓差，使管板極易發生變形進而產生較大的熱應力［1］。目前大部分有關熱應力的研究，一般采用給定平均溫度或表面傳熱系數方法［2］先進行傳熱分析；再根據工藝設計要求來確定換熱器壁面的載荷邊界來進行結構應力分析［3-5］。這些已知條件通常來源于經驗公式或經驗數據，即使來源于實驗數據或實際測量，也是將數據進行簡化處理，從而造成熱應力計算存在極大的誤差。

流熱固耦合分析能直觀求解換熱器各部件的壓力和溫度載荷分布情況，并能準確地進行結構應力分析，使計算結果更符合工程實際，為確保換熱器的安全運行提供有力支撐。國內外部分學者對換熱器流熱固耦合方法進行了分析研究。繆洪康等［6-7］分別采用流固耦合方法和流熱耦合方法對換熱管的流致振動和板翅換熱器換熱特性進行了分析，研究了U型換熱管彎管段的流致振動特性和新型翅片的綜合性能，為管殼式換熱器各類圓形流體繞流產生的流致振動和新型板翅式換熱器的工程應用提供了設計方法。……