林伟杰 武全萍 马竞男

摘 要：板式换热器作为一种压力容器，其结构强度的优劣对换热器性能有较大的影响。本位利用SolidWorks软件建立了板式换热器的三维模型，并结合ANSYS软件对板式换热器的结构进行有限元分析，得出了板式换热器结构应力的分布情况。通过结果分析，可以为板式换热器的结构优化提供依据。

关键词：板式换热器;结构应力;ANSYS分析

中图分类号：TQ 051.5

板式换热器具有传热系数高，适应性强，易于清洗和相对于管式换热器来说金属耗材小等优点，在能源、食品、化工、纺织等各行各业中都有着广泛的应用。但板式换热器在设计时，其流程与管程依照所选取介质的流动状态计算而定，所以选取范围比较广泛。因此在换热器的设计中往往存在着较大的不确定性。在设计计算完成之后，通常需要通过有限元分析的方式，来模拟换热器在实际工作状况下的受力情况。通过对板式换热器的有限元分析来模拟其结构应力，并根据此计算模拟结果对其进行总结分析，[1]根据此分析结果，可以为板式换热器的正常使用和故障检测提供支持，也可为提高换热器性能提供理论依据。

本文通过ANSYS软件对某板式换热器的结构应力进行了有限元模拟分析，并根据模拟结果分析了板式换热器在运行过程中可能存在的问题。

1 换热器数值模拟分析

所选取的板式换热器板片的几何参数如表1所示，换热器的材料属性如表2所示。

用ANSYS软件，对换热器进行模拟，模拟结果如图1所示。

因为该换热器为对称结构，根据它的结构特点和载和性质，只对该换热器的其中一半进行三维建模并做有限元分析，[2]所有部位均采用非結构化网格进行网格划分。为简化建模和计算，本文采用8根弹簧来代替板片做应力分析。

1.1 应力加载

根据对换热器的计算，换热器管程压力为1.6MPa，选取当地的重力加速度为9.8m/s2，经计算可得螺栓预紧力为64550N，温差压力可以忽略不计。添加预紧力为64550N。[3]设置好约束效果之后，可以得到模拟后的分析结果，结果如图2所示。

1.2 模拟结果

通过ANSYS软件对换热器计算仿真之后导出应力云图，如图3～4所示。

由上图可得出固定板的最大应力32MPa和活动板的最大应力33MPa均小于该结构材料的最大许用应力，螺栓的最大应力为73MPa，也小于其材料的最大许用应力，故本次计算结果合理。

2 结论

（1）螺栓的受力最大，远远高出换热器其他部件承受的压力，因此在使用过程中最易损坏，使用时应定期对其进行检修，以保证换热器正常的工作。（2）固定压紧板和活动压紧板所受压力虽然在材料的许用范围之内，但固定压紧板的板片中央，活动压紧板与螺栓结合的孔口压力较大，且在实际过程中，其承受的实际压力要大于软件模拟的结果。

参考文献：

[1]徐志明，王月明，张仲彬.板式换热器性能的数值模拟.动力工程学报，2011（3）：198-202.

[2]张娄红，刘功祥.基于有限元模拟的板式换热器结构应力分析.化工装备技术，2018（6）：25-27.

[3]姚恺，张方驹，侯聪.基于流热固耦合的板式换热器热应力分析.江苏航空，2016（4）：24-26.