ANSYS APDL热分析应用：换热器热膨胀效应分析

1.项目背景

蒸汽发生器排污热交换器充分利用余热、完成热量转换的试验装置，求结构完整性有着至关重要的意义，而高温下轴向的热膨胀是导致结构失效的主要原因之一，因而计算器热膨胀量至关重要。

2.项目目的

利用ANSYS软件，建立蒸汽发生器排污换热器梁单元三维模型，对其在设计温度下的热膨胀量进行计算，为后续验证换热器装置的结构完整性提供依据。

3.理论计算

热膨胀量理论计算公式：

∆L=α∗∆T∗L

其中：α为热膨胀系数，△T为温差，L为管道计算长度

在本实例中，温差△T：管侧为310℃；壳侧为268℃

α：12e-6 mm/mm·℃；

L：管侧为1500mm；壳侧为800mm

计算得轴向热膨胀量：                        

∆L=310∗12e-6∗1500+268∗12e-6∗800=8.153mm

4.计算输入

热膨胀分析时，仅需要加温度载荷，同时将框架底部固定约束即可。

管侧温度：320℃；壳侧温度：288℃；支架温度：20℃

5.仿真结果

6.结论

对蒸汽发生器排污换热器进行了三维建模，分析其在热载荷下的热膨胀量。

换热器最大位移发生在管侧的外侧位置，最大矢量位移为15.7mm。同时可知：整个结构主要是发生了沿着轴向的位移，最大轴向位移也发生在管侧的外侧位置，最大轴向位移为14.4mm。

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