热管换热器管板温度场分析

盐城工业职业技术学院 许志鹏 王其松 陈淑君

热管换热器管板温度场分析

盐城工业职业技术学院 许志鹏 王其松 陈淑君

本文通过对热管换热器温度场的温度分析、温度分布模拟及温度场分布路径分析等得出：在靠近烟气进口处，温度较高，且温度载荷相对而言较大，坡度比较明显；在布管区域，其温度变化相对而言比较缓和，坡度较小；烟气出口与空气入口处，由于存在较大的温度载荷，所以其厚度方向上的梯度分布比较明显。

温度；载荷；热应力

热管换热器工况是冷侧与热侧存在着一定温度载荷，温度载荷应力对结构产生一定的破坏，因此温度载荷所带来的热应力是需要分析的。

1 管板温度场分析

由于管板是用来分隔冷热流体、固定并承载热管、连接壳体的一个长方形平板，在其厚度方向上，假定其简化模型并建立坐标系，如图1所示。

图1 模型简化示意图

2 热分析方式

本文是对热管换热器进行强度研究，根据实际工况，管板没有内热源，只进行热传导分析。其中，考虑到温度边界基于最危险工况，所以是偏于安全合理的。

3 温度场模拟

图2 管板温度分布云图

在ANSYS中，通过模拟运算得到热管换热器管板模型温度分布云图[1]，从图2可以看出，避开热管后，温度变化不大，所以在此不详细讨论，只以云图形式展现出避开热管后的管板温度分布情况。但是对于后面相关的应力计算而言，管阵列自身的质量对管板形成的压力需要考虑到机械载荷当中[2]。

4 温度场分布路径分析

为了更好地体现管板上的温度分布规律，下面从数值上来说明管板温度规律。

图3 温度分布曲线示意图

分析图3中的曲线分布，可以得到以下认识：在纵向上，靠近烟气进口处，温度较高，且温度载荷相对而言较大，坡度比较明显；在布管区域，其温度变化相对而言比较缓和，坡度较小；烟气出口与空气入口处，由于存在较大的温度载荷，所以其厚度方向上的梯度分布比较明显。综合分析数据与现实中设备运行温度分布接近，是合理的。

5 小结

经过模拟分析后，得到热管换热器管板的温度分布情况，可以比较清楚地了解到热管换热器内，管板冷侧与热侧在正常工况下，气体流经管板处的温度分布情况，其中温度最高值在热侧气体进口处，温度最低位置在冷侧气体进口处，在冷侧出口处，温度由于热管换热器内的温度传递达到215℃，而热侧出口处由于换热温度降低到193℃。考虑温度差时，在管板热侧进口与冷侧出口处，温差相对较大。

[1]苏荣华.结构仿真分析ANSYS应用[M].沈阳:东北大学出版社,2005:19～23.

[2]毛谦德,李振清.机械设计手册[M].机械工业出版社,2010: 212～252.

盐城工业职业技术学院校级课题（DJK100活塞全自动内外圆倒角机的研制）。