某换热器膨胀节设计和有限元分析

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1、湖南理工学院毕业设计(论文)学号14071900457毕业设计(论文)题目：某换热器膨胀节的设计和有限元分析作者曹根届别2011届院别机械工程学院专业机自指导教师谭晶莹职称副教授完成时间2011年5月20日III湖南理工学院毕业设计(论文)湖南理工学院毕业设计(论文)摘要本文应用ANSYS有限元分析软件，对某一台带三层Ω型膨胀节的换热器进行了有限元分析。本课题主要做了以下研究工作：首先，为简化计算模型，研究了三层Ω型膨胀节和单层Ω型膨胀节在刚度和强度上的等效问题，并采用刚度等效后的单层Ω型膨胀节

2、作为之后建立换热器整体模型的膨胀节。其次，在分析换热器几何结构和工艺条件的基础上，建立了带单层Ω型膨胀节换热器的有限元模型。考虑到结构的复杂性，建立模型时对管板和换热管进行了简化。第三，对换热器整体及换热管进行了传热计算，得到了换热器的整体温度场。最后，进行了换热器在管程压力、壳程压力、温度载荷及其组合载荷工况作用下的强度计算，得到了各种工况下的整体和局部的应力强度。同时，根据有限元的计算结果，依据JB4732-1995《钢制压力容器-分析设计标准》，对换热器整体和膨胀节部分进行了应力评定。计算

3、分析表明，经改进膨胀节加强方式后的换热器整体及局部均满足强度要求，该加强方式是可行的，该换热器是安全可靠的。本文的分析计算结果对此类复杂状况换热器的设计优化提供了一定计算依据。关键词：Ω膨胀节；换热器；有限元分析；温度场；刚度等效；加强方式-III-湖南理工学院毕业设计(论文)ABSTRACTInthisthesis，afour-tubesideheatexchangerwiththe3-layerΩexpansionjointisstudiedbythefiniteelementanalysi

4、sinusingANSYSsoftware．Inthisthesis，researchworksaredoneasfollows．Firstofall，themonolayerΩexpansionjointiscomparedwiththe3-layerΩexpansionjointinstrengthandstiffness．TheequivalentstiffnessofmonolayerΩexpansionjointisusedinthewholeheatexchanger．Secondl

5、y,geometricmodelandfiniteelementanalysismodelofthewholeheatexchange,withmonolayerΩexpansionjointarebuilt，itisbasedonthedimensionsandprocessingoftheequipmentandconsiderationofitscomplexity．Thirdly,temperaturefieldandthermalstressoftheheatexchangerarec

6、alculatedbyusingtheheattransfercalculationswhicharehandledwiththeshellandtubeoftheheatexchanger．Finally,thestrengthoftheheatexchangerisanalyzedbythefiniteelementmodelundervariousofcombinedloadsfrompressureinthetube，shellandtemperaturechanging，andthen

7、stressintensityunderthevariousofcasesandlocationareobtained．ThenaccordingtotheJB4732-1995《Steelpressurevessels-Designbyanalysis》，stressesinresultsoffiniteelementanalysisareassessed．Theanalysisresultsshowthatthewholemodelanditselementsoftheheatexchang

8、ermeetthestrengthrequirementbyusingnewstrengthmodeoftheexpansionjoint．Sothenewmodeisfeasible，thedesignoftheequipmentissafe．Thisanalysisresultscanbeusedasusefulreferencedatatooptimizeddesigninthecomplexheatexchanger．Keywords:Ωexpansionjoint;heatexchan