一种基于ANSYS的充液状态下换热器管束模态分析方法技术

一种基于ANSYS的充液状态下换热器管束模态分析方法，涉及到工业中的换热器的设计模拟分析方法技术领域。解决现有换热器的设计过程中忽略了固有频率对热交换影响，容易因流体诱发换热管振动造成的换热器失效事故的技术问题，本发明专利技术借助SOLIDWORKS对换热器模型的换热管束与壳体模型进行三维建模操作，并导入到ANSYS WORKBENCH软件中定义换热器结构所用材料的属性；对三维仿真模型进行网格划分，在WORKBENCH软件中的CFX计算模块进行仿真运算得到导热油温度与压力分布特性，在ANSYS WORKBENCH软件中输入求解设置，设置频率提取阶数和求解频率范围；分析液体对结构固有频率和振型的影响，分析充液介质与温度对换热管束结构模态特性的影响，为防止结构的共振提供重要的动力学依据。

【技术实现步骤摘要】
一种基于ANSYS的充液状态下换热器管束模态分析方法
本专利技术涉及到工业中的换热器的设计模拟分析方法

技术介绍
换热器是一种可以将能量在多种流体之间进行传递的工业设备，被广泛应用于电力、交通、石油、冶金、核电、空调制冷等工程领域。在换热器的实际工作中，流体对换热器产生的影响主要有纵向激振和横向冲刷。在实际情况下，振动状态是复杂的，其中有流体的稳定振动，瞬时振动以及各个工作件的共振等，这些都会对换热器产生激振。固有频率计算对于换热器流致振动的研究至关重要，但是，现有在换热器的设计过程中，集中于如何提高传质传热效率，对固有频率目前尚未进行系统研究；此外，对于可能在实际生产过程中产生的振动失效问题以及由此导致的不等频率管阵现象也缺乏足够重视。在换热管的流入和流出的地方，由于局部流速的不稳定，有的地方会有很高的流速，从而会引发振动；在管板区由于换热管缺乏支撑，相对于折流板区这部分区间的长度更大，所以固有频率较小，加上这部分流体的速度快。双重因素的作用下导致了这部分更容易产生共振破坏；处于换热管流体间的任何障碍物都会产生局部的高速，从而这部分本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于ANSYS的充液状态下换热器管束模态分析方法，其特征在于所述方法包括有如下步骤：/n(1)对工程使用中的换热器模型进行简化，借助三维建模软件SOLIDWORKS对换热器模型的换热管束与壳体模型进行三维建模操作，分别对流体计算域和换热器固体结构计算域在相同坐标空间中进行几何建模，建立换热管束充液状态流固耦合模型，分别将流体计算域和换热器固体结构计算域模型导出并保存为.x_t格式文件；/n(2)将步骤(1)中导出的.x_t格式文件导入到ANSYS WORKBENCH软件中，在EngineerData项中根据实际工程的材料特性，定义换热器结构所用材料的属性；/n(3)将步骤(2)建立的流...

【技术特征摘要】
1.一种基于ANSYS的充液状态下换热器管束模态分析方法，其特征在于所述方法包括有如下步骤：
(1)对工程使用中的换热器模型进行简化，借助三维建模软件SOLIDWORKS对换热器模型的换热管束与壳体模型进行三维建模操作，分别对流体计算域和换热器固体结构计算域在相同坐标空间中进行几何建模，建立换热管束充液状态流固耦合模型，分别将流体计算域和换热器固体结构计算域模型导出并保存为.x_t格式文件；
(2)将步骤(1)中导出的.x_t格式文件导入到ANSYSWORKBENCH软件中，在EngineerData项中根据实际工程的材料特性，定义换热器结构所用材料的属性；
(3)将步骤(2)建立的流体计算域模型和换热器固体结构计算域模型传递到网格划分的Mesh模块中，在Mesh模块中对三维仿真模型进行网格划分，为了保证流场计算结果的准确性，对靠近管束壁面处进行网格加密，同时保证整体结构的网格质量大于0.4，为了便于后期设置计算条件，定义所有三维仿真模型的进出口与壁面边界名称；
(4)将步骤(3)中网格划分好的三维仿真模型传递到WORKBENCH软件的CFX计算模块、Static-structural和Modal计算模块，在CFX模块中Domain选项中设置传热模型与湍流模型，计算介质Material设定为导热油，在BoundaryDetails选项中设置进口速度值，出口压力值，以及壁面条件；
(5)在WORKBENCH软件中的CFX计算模块进行仿真运算得到导热油温度与压力分布特性，将此结果传递到在Modal模块的Pre-Stress选项中，以此作为进行模态分析的预应力条件；同时在Static-structural模块通过Insert加载重力加速度、固定约束和位移约束；
(6)在ANSYSWORKBENCH软件中，在Modal模块中AnalysisSettings选项下输入求解设置，设置频率提取阶数和求解频率范围；
(7)计算结束后在Solution选项中提取步骤(6)的各阶频率及振型结果，作为换热器生产过程中固有频率的控制，分析浸没介质参数对换热器结构模态特性的影响，对结构进行优化设计，防止结构共振的动力学依据。


2.根据权利要求1所述的一种基于ANSYS的充液状态下换热器管束模态分析方法，其特征在于：步骤(1)中三维建模软件SOLIDWORKS对换热器模型的换热管束与壳体模型进行三维建模操作时设定的参数包括：壳程、换热管及折流板的几何形状和几何尺寸参数。


3.根据权利要求1所述的一种基于ANSY...

【专利技术属性】
技术研发人员：张毅鹏，孙中心，张潇引，
申请(专利权)人：天华化工机械及自动化研究设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：甘肃;62