制冷装置用蒸发器管板，由于管板结构比较特殊性，无法采用GB 151-1999《管壳式换热器》进行结构设计。企业标准《制冷装置用压力容器部分元件的设计计算》中管板厚度公式考虑因素较少，且得出的厚度偏薄。基于此研究现状，本研究采用有限元分析方法，建立了包括筒体、换热管和管板在内的三维有限元计算模型，对蒸发器管板的稳态温度场和热应力场进行了分析。本研究分析的某系列蒸发器管板，工程设计中其厚度一律取38ｍｍ。现采用有限元分析软件对该系列蒸发器管板进行应力强度分析，以探讨原设计方法的安全性和合理性，为进一步提出制冷装置蒸发器管板的设计方法奠定基础
      本研究采用VB和ANSYS的APDL语言进行混合编程设计的方法，利用VB界面输入管板强度分析有关参数，并由VB调用ANSYS APDL语言编写的控件，建立参数传递机制，自动在ANSYS工作目录下生成相关的宏文件，从而实现蒸发器管板强度的有限元分析。
      管板参数化有限元分析的VB界面如图所示。此次分析的G1，G2和G3型蒸发器，结构尺寸相同，换热管数量和布管方式有所不同，管板兼做支撑，蒸发器几何参数，管板布管模型见图。
      蒸发器壳程进出口工作温度为1/19.5℃，管程进出口工作温度为23.3/3℃，壳程设计温度为149℃，设计压力为1.38ＭＰａ，管程设计温度为38℃，设计压力为2.1ＭＰａ。以下物性参数均是在设计温度条件下查得。
      1)对称性。管板上换热管排列采用左右对称形式，所以实际模型可以简化为具有一个对称面的二分之一模型。
      2)边缘效应。由于换热器的整体结构较为庞大，考虑到计算机性能有限，可根据边缘效应公式Ｌ≥2.5Ｒｔ来确定筒体和换热管沿壳程方向伸出管板的长度。由此公式得出换热管伸出长度Ｌｈ≥7.0ｍｍ，壳体伸出长度Ｌｑ≥144.5ｍｍ。考虑到筒体和换热管材料不同，在进行耦合运算时热膨胀量不同，所以在本模型中，选取换热管和筒体伸出长度为整个换热器长度的一半，即长度为1559ｍｍ。
      3)其他简化。忽略换热管在管程伸出长度，忽略堆焊层。换热管与管板采用强度胀，假设两者紧密结合，建模时共用同一接触面，不考虑接触问题。在整个管板位置上，管板厚度并不是完全相同，在布管区外围一小部分，厚度略小于38ｍｍ，忽略此差异，认为厚度一样。

                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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