預應力固定管板換熱器預變形與應力特性的數(shù)值分析
    為了實施預應力換熱器技術，對預變形下固定管板式換熱器中變形相互約束的構件之間所產(chǎn)生的溫差應力與變形分布特性進行了數(shù)值研究。借鑒“分段建模，整體綜合”的換熱器流體力學與傳熱的數(shù)值模擬新方法，利用CFD得到換熱器溫度場并作為ANSYS結構分析邊界條件，采用預拉伸單元進行預變形量的施加與控制，從而獲得了熱-結構耦合分析結果。數(shù)值模擬結果與實驗數(shù)據(jù)吻合得很好，說明所采用的研究方法是合理和可行的。此外，實驗和數(shù)值分析結果均證實，通過合理地施加和控制預變形量，可以有效緩解和協(xié)調(diào)固定管板換熱器在運行中各構件（管板、殼體、管束）之間的變形約束，從而創(chuàng)造良好的運行環(huán)境，最終提高換熱器的運行可靠性和使用壽命。
    管殼式換熱器的管殼程溫差引起的熱應力是導致固定管板換熱器運行發(fā)生破壞的主要原因，而一般經(jīng)驗認為，當管殼壁溫差超過50℃就應對換熱器采取熱補償措施，以緩解過大的溫差熱應力。為了消除或降低熱應力的影響，人們從理論和實踐上都提出了很多解決方法，預應力換熱器就是一種有針對性的解決方案。提出了采用反向變形的預應力換熱器制造技術，該技術首先采用數(shù)值分析計算換熱器的管殼可能產(chǎn)生的最大溫差膨脹量，在換熱器的制造過程中施加合適的反向預變形來抵消或降低換熱器運行過程中產(chǎn)生的溫差熱應力。
    由于管殼式換熱器結構的復雜性，目前對換熱器熱應力的分析研究大多采用數(shù)值分析的方法，公開發(fā)表的文獻大多利用局部模型進行數(shù)值模擬分析，在換熱器整體模型上展開研究的較少。對于采用預變形技術的換熱器性能分析研究更少，本文利用“分段建模，整體綜合”CFD模擬新方法，首先從傳熱與流體力學的角度研究了換熱器中溫度場的分布，利用CFD得到的溫度場作為有限元分析軟件ANSYS結構分析邊界條件，并且采用預拉伸單元進行預變形量的施加與控制，從而獲得熱-結構耦合分析的結果，最后將有限元結果與實驗測試數(shù)據(jù)相比較，對管板及換熱管在預變形作用下的應力特性進行了研究和探索。研究結果表明，通過施加預變形量，可以大幅降低運行中的換熱器管殼程壁溫差引起的應力峰值，有效改善固定管板換熱器的安全運行環(huán)境，延長管板管子工作壽命，提高了換熱器的運行可靠性。