一种换热器管束建模方法及计算机可读存储介质技术

本发明专利技术涉及一种换热器管束建模方法及计算机可读存储介质，方法包括如下步骤：1)根据换热器管束截面形状确定管束等效拟合轮廓；管束等效拟合轮廓的面积与换热器管束截面的面积相等；2)对换热器管束进行等效，确定等效后管束的等效管数、管内径、管外径和管位置；具体应满足如下条件：a)相同材质下等效前后的管束总质量相同；b)等效后管束截面上各管的截面位于管束等效拟合轮廓内，且均匀分布；3)根据等效后管束建立模型。本发明专利技术的方法对换热器管束进行了简化，大幅降低管束的管数，对数千根换热管组成的管束进行等效处理，获得了较为简单的模型结构，并尽可能保证了等效后的模型在承受相同冲击载荷时，与原模型表现出相同的特性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
一种换热器管束建模方法及计算机可读存储介质


[0001]本专利技术涉及一种换热器管束建模方法及计算机可读存储介质，属于基于有限元的换热器分析


技术介绍

[0002]基于有限元分析的换热器冲击分析是其可靠性分析的一种，其目的是确定产品在使用和运输过程中承受非重复性机械冲击的适应性，其结构的完好性以及该产品耐冲击载荷作用的置信度。换热器内部的典型结构是数千根管组成的管束。如图1所示，换热管分布密集且长细比很大，建模及后续的有限元仿真对软件性能要求高、对硬件资源占用大，为后续的有限元的建模和分析造成了困难。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种换热器管束建模方法及计算机可读存储介质，用以解决换热器管束的建模和仿真计算量大、占用资源严重的问题。
[0004]为实现上述目的，本专利技术的方案包括：
[0005]本专利技术的一种换热器管束建模方法，包括如下步骤：
[0006]1)根据换热器管束截面形状确定管束等效拟合轮廓；管束等效拟合轮廓的面积与换热器管束截面的面积相等；
[0007]2)对换热器管束进行等效，确定等效后管束的等效管数、管内径、管外径和管位置；等效管数、管内径、管外径及管位置满足如下条件：a)相同材质下等效前后的管束总质量相同；b)等效后管束截面上各管的截面位于管束等效拟合轮廓内，且均匀分布；
[0008]3)根据等效后管束建立换热器管束模型。
[0009]本专利技术的方法对换热器管束进行了简化，大幅降低管束的管数，对数千根换热管组成的管束进行等效处理，获得了较为简单的模型结构，并尽可能保证了等效后的模型在承受相同冲击载荷时，与原模型表现出相同的特性。
[0010]进一步的，步骤2)条件b)中，等效后管束截面上各管的截面与管束等效拟合轮廓的轮廓线相切。
[0011]进一步的，所述管束等效拟合轮廓包括圆形轮廓和六边形轮廓。
[0012]作为典型的换热器内部结构，管束截面的拟合轮廓通常为六边形或圆形。
[0013]进一步的，等效后管束截面上各管的截面分布呈中心对称。
[0014]进一步的，等效后管束截面上各管的截面分布还呈轴对称。
[0015]进一步的，步骤2)中，换热器管束等效后还进行合理性验证，若合理性验证通过，则完成换热器管束的等效；若合理性验证不通过，则将等效管数加1或者减1，再重新确定管内径、管外径和管位置。
[0016]换热器管束等效后，还进行合理性验证，在特性偏差较大时，反馈调整等效后的换热管管数，并相应调整等效换热管的内外径及相对位置，即重新进行换热器管束的等效；重
新进行换热器管束的等效可采用步进法调整管数，再根据调整后合理性指标的变化情况选择继续按照之前的调整方向(增加或减少)改变管数，或者反向调整管数。
[0017]进一步的，所述合理性验证的标准为：换热器管束等效后模型的抗弯截面系数及惯性矩与换热器管束等效前模型的相等。
[0018]抗弯截面系数综合反映了横截面的形状与尺寸对弯曲正应力的影响，抗弯截面系数越大抗弯曲能力越强；惯性矩反映了模型截面抵抗弯曲的性质，惯性矩越大抗弯曲能力越强。所以，选择抗弯截面系数和惯性矩作为合理性验证的指标能够保证后续有限元仿真中抗冲击等计算结果的可信度。
[0019]本专利技术的一种存储介质，所述存储介质储存有实现如上所述的换热器管束建模方法的计算机程序。
附图说明
[0020]图1是换热器结构示意图；
[0021]图2是本专利技术的换热器管束建模方法流程图；
[0022]图3是换热器管束圆形截面等效示意图；
[0023]图4是换热器管束等效为六边形轮廓示意图；
[0024]图5是空心圆截面惯性矩公式示意图；
[0025]图6是平行移轴惯性矩公式示意图；
[0026]图7是实例分析中所采用的管束的截面结构。
具体实施方式
[0027]下面结合附图对本专利技术做进一步详细的说明。
[0028]方法实施例：
[0029]如图1所示的本专利技术的一种换热器管束建模方法，如图2的方法流程图所示，包括如下步骤：
[0030]第一步:建立完全三维模型。
[0031]根据换热器图纸建立换热器管束的完整三维模型。
[0032]第二步:确定管束截面拟合轮廓的基本样式。
[0033]作为典型的换热器内部结构，管束截面的拟合轮廓通常为六边形或圆形。
[0034]若换热器管束的截面如图3中A部的管束截面1，即换热管密集排布，最终排布的换热管截面整体呈圆形，则等效拟合轮廓形状采用圆形，拟合轮廓如图3中B部所示的拟合轮廓线10。
[0035]若换热器管束的截面如图4中C部的管束截面2，即换热管密集排布所形成的换热管截面近似为六边形，则等效拟合轮廓形状采用六边形，拟合轮廓如图4中D部所示的拟合轮廓线20。
[0036]第三步:确定管束截面拟合轮廓的面积。
[0037]确定拟合轮廓后，可以得到拟合轮廓的面积，即拟合轮廓线围城的面积，拟合轮廓的面积应当与拟合前换热器管束的截面面积相等。
[0038]第四步：确定等效后等效换热管的数目，等效换热管内外径大小和等效换热管的
相对位置。
[0039]保证等效前后换热管管束截面面积和等效后拟合轮廓的面积相等、样式相同的前提下，对等效后等效换热管的数目，内外径大小，相对位置以及材料属性进行合理规划。
[0040]一般来说，等效前后选取相同的换热管材料。
[0041]对于管数来说：在保证截面拟合轮廓样式相同的前提下，一般取等效换热管数目的最小值，例如对于圆形轮廓，等效换热管数目取可拟合圆形轮廓的最小值。
[0042]例如对于图3来说，为了满足均匀布置和拟合圆形拟合轮廓线，等效换热管11可以最少取5个(图中为最佳的9个等效换热管的例子)，每四分之一个圆形拟合轮廓内布置一个，圆形拟合轮廓中心一个。
[0043]对于图4来说，为了满足均匀布置和拟合六边形拟合轮廓线，等效换热管21可以最少取10个(图中为最佳的水平方向分5层，每层分别有2、3、4、3、2共14个等效换热管的例子)，六边形拟合轮廓线的每个圆弧拐点布置一个，以满足轮廓线的拟合；中心区域均布4个以满足均匀布置。
[0044]对于内径d，外径D来说：内外径决定了单个等效换热管的壁厚，壁厚决定了等效换热管，等效换热管的数量和单个等效换热管的壁厚决定了等效拟合后管束的总质量。保证拟合前换热管管束和拟合后等效换热管管束的总质量一致，同时基于已确定的等效换热管管数，合理规划单个等效换热管的内外径大小。
[0045]等效换热管的相对位置：保证等效换热管的排布均匀；进一步还可以使截面图中最外层的等效换热管与拟合轮廓线内切。同时对于圆形和六边形样式的截面拟合轮廓，等效换热管的排布还可以符合中心对称结构，同时符合轴对称结构等满足均匀排布的结构，据此可确定每个等效换热管的具体位置。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种换热器管束建模方法，其特征在于，包括如下步骤：1)根据换热器管束截面形状确定管束等效拟合轮廓；管束等效拟合轮廓的面积与换热器管束截面的面积相等；2)对换热器管束进行等效，确定等效后管束的等效管数、管内径、管外径和管位置；等效管数、管内径、管外径及管位置满足如下条件：a)相同材质下等效前后的管束总质量相同；b)等效后管束截面上各管的截面位于管束等效拟合轮廓内，且均匀分布；3)根据等效后管束建立换热器管束模型。2.根据权利要求1所述的换热器管束建模方法，其特征在于，步骤2)条件b)中，等效后管束截面上各管的截面与管束等效拟合轮廓的轮廓线相切。3.根据权利要求2所述的换热器管束建模方法，其特征在于，所述管束等效拟合轮廓包括圆形轮廓和六边形轮廓。4.根据权利要求3所述的换...

【专利技术属性】
技术研发人员：段明德，张辉，陈阳，梁士杰，秦士坤，邵海天，杨靖康，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：