硫磺冷凝器溫度場應(yīng)力場耦合分析計算.pdf

1、硫磺冷凝器是石化企業(yè)的重要設(shè)備之一，其主要功能是將過程氣中的氣態(tài)硫冷凝回收。對硫磺冷凝器進行溫度場和應(yīng)力場的耦合分析，有助于改善冷凝器的結(jié)構(gòu)和操作工藝，對節(jié)約材料和能源、實現(xiàn)安全連續(xù)生產(chǎn)具有重要作用。 硫磺冷凝器屬于固定管板式換熱器，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，幾何尺寸龐大，如果采用實體單元建模，得到的有限元模型和求解矩陣規(guī)模非常大，幾乎不能應(yīng)用于PC機上。本文應(yīng)用通用商業(yè)有限元軟件ANSYS，靈活應(yīng)用ANSYS提供的各種結(jié)構(gòu)單元和熱單元進行建模

2、，在保證計算精度的基礎(chǔ)上，減小了計算規(guī)模。溫度場分析采用SOLID70單元，對熱影響區(qū)內(nèi)的管板和部分換熱管、殼體進行對流換熱條件下的穩(wěn)態(tài)溫度場分析，并建立管板與換熱管的單元模型，得到了換熱管壁溫的溫度分布。應(yīng)力場分析采用SOLID45實體單元模擬熱影響區(qū)，加載溫度場的分析結(jié)果作為溫度載荷；熱影響區(qū)外的殼體采用SHELL63殼單元模擬，換熱管采用BEAM188梁單元模擬，并加載單元模型計算結(jié)果作為溫度載荷；出口端管板采用SHELL63單元

3、模擬，根據(jù)等效管板理論計算其強度減弱系數(shù)，通過定義減弱了的材料常數(shù)把出口端管板作為無孔當量板進行計算。同時引入TARGE170，CONTA173和CONTA175接觸單元，采用MPC(內(nèi)部多點約束)方法連接梁單元換熱管與實體單元換熱管；采用SHSD(殼—實體裝配)耦合方法連接殼單元的殼體和實體單元殼體，從而實現(xiàn)不同單元間的載荷傳遞和變形協(xié)調(diào)。 根據(jù)求解得到的硫磺冷凝器的穩(wěn)態(tài)溫度場和應(yīng)力場，定義了典型路徑，進行結(jié)果路徑分析，取得了