节能减耗已成为当今诸多领域备受关注的核心，因此提高现有能源利用率与构思节约型能源的新理念成为了人们目前所研究的主向。冷换设备是借助流体间存在的温差来完成能量传递的一种设备，换热器不仅被作为应用广泛、节能低耗的主要冷换设备之一，而且被普遍应用于石油、化工、动力、冶金、制冷等带动国民经济不断进步的各行各业中，尤其在现代石油炼化企业装置中，换热器占总设备数量的40%左右，占总投资的30%~45%。
板式换热器是目前工业生产中所普遍使用的间壁式换热器，因冷、热流体彼此之间互不接触和渗透混合这一特性使其成为一种使用广泛、需求量大的换热装备。换热板是板壳式换热器的核心部件，板片表面冲压的形状与几何尺寸决定其传热与流阻性能。凸起状板表面结构是通过凹凸状球形突起部分按照一定分布规律排列而成的，其传热机理为突起部分产生漩涡，对流体起增强涡流的作用。波纹板表面结构是通过不同形状的波纹按照一定分布规律使流体流向与波纹垂直或呈一定的倾斜角度，其传热机理为流体经由曲折波纹状流道会改变流向进而产生二次流动，促使扰流程度增强。通过对千鸟格波纹板、蜂窝形波纹板与鼓泡形波纹板三者的流质模型进行传热模拟分析得出填料函式板壳换热器管程板型选择的是千鸟格结构。 1.壳程折流板结构设计
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换热器的强化传热通常指在单位时间内对热交换有影响的要素进行改进，主要是从管程的管型变化与壳程的支撑结构两个方面来进行改进，如果传热效率提升10%，那么设备的能量利用率将提高2%。壳程的强化传热方法主要是采用不同型式折流板的支撑结构来改变壳程流体的流动状态进而影响壳程的传热效率与压降。诸如螺旋折流板、螺旋叶片折流板、曲面弓形折流板、双壳程折流杆等。这些结构的优点是尽量遏制形成死区和滞留区，减少壳程的横向流使其呈纵向流动状态。下面将会对这几种结构的特点与性能进行一定的分析。
目前换热器的应用场合大部分处
于高温高压环境中，为了缓解或消除板
束因管壳程温差产生的热应力而导致的
易开裂情况，在换热器的创新改革上应
选取合适的密封结构。常见的密封结构
有螺旋锁紧环、Ω环、薄膜密封、密封
盖板等。板壳式换热器温度补偿的方法
主要有添加膨胀节和填料函密封结构两
现代产业体系
种。
二、验证方法
本次验证包括样机测试、强度校
核、耐压试验和工业试验标定四部分。
1.样机测试
通过制造小型板壳式换热器样机
进行实际测试，样机管程采用千鸟格板
型，壳程采用弓形与弓缺形折流板结
构。在相同工况不同流量下对管壳程进
行测试并记录数据，通过实测与模拟数
据对比来验证模拟结果趋势的正确性并
分析误差原因。
2.耐压试验
耐压试验是产品出厂的关键工序，
填料函式板壳换热器水压试验包括单个
板管、单个板束芯体、管程、壳程和管
壳程五部分。经水压评定标准判断试压
是否合格。
三、管板的热力学分析
填料函式板壳换热器浮动管板端
的创新结构是采用了石墨填料的密封结
构，其位置在浮动管板端管程下板束出
口处。在相同工况下对有无填料函密封
结构的浮动管板端进行热力学分析，得
出填料函密封结构的特点。
1.ANSYS在换热器管板模拟中的应
用
管板是换热器组成结构中重要的一
部分，处于换热器管箱与壳体之间，其
作用是将此两部分通过过渡圆角的方式
进行连接。管板需要开孔去容纳以焊接
形式与管板相连接的管程管束，管束对
管板具有支承作用的同时也存在削弱作
用，因为开孔插入管束的位置会产生较
大的集中应力。ANSYS中的耦合分析法
满足了影响换热器性能的诸多参数，如
温度和压力等。在实际生产过程中，由
于换热器制造加工工艺条件较复杂，所
以在对换热器模拟时有必要在不影响着
重点的基础上对其进行相应的简化后再
进行分析。
2.管板在温度载荷与管壳程压力同
时作用下的应力分析
在换热过程中至少存在两种换热
介质，并且一般都是工作在高温高压的
环境当中，这不仅会产生较大的机械应
力而且还会造成热量的损失及由温差而
产生的温差应力，如果热应力过大会对
换热器造成一定的损害进而影响使用寿
命。
动物的运动方式四、结论
对于热应力的分析，ANSYS有限元
提供了两种分析方法。其中一种是直接
耦合法，该种方法是应用热-结构耦合单
元一次性实现热与结构应力的分析。另
一种方法是间接耦合法，该种方法是先
进行热分析得出温度场，再把热分析结
果中的各单元节点温度施加在结构上作
为体载荷进行应力的分析，从而实现两
种场的耦合。在以上两种方法中，间接
法较为普遍使用，因为所有的热分析功
能和结构分析功能都能被它所应用。在
热分析的过程中，主要是通过冷、热流
体介质在换热过程中所承受的热载荷进
而求出其温度分布场。热分析包括稳态
和瞬态两种，本模型的热分析被认为是
一个稳态的过程。因为材料的传热性质
与温度之间存在一定的非线性关系，所
以热分析可以作为非线性分析的一个基
pbo纤维本过程。
参考文献：
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填料函式板壳换热器的研究及设计
王伟洋 中国昆仑工程有限公司辽宁分公司
【摘 要】管壳式与板壳式换热器是目前普遍使用的两种换热器。管壳式换热器具有结构简单、技术完善、适应性强等优点，其主要缺点为有限空间内传热面积较小。而板壳式换热器具有纯逆流、有限空间内换热面积大、传热效率高等优点，弥补了管壳式换热器的不足，但也存在结构单一和压力与温差不易过大的缺点，这些缺点不仅会影响传热效率而且容易导致板管拉脱。填料函式板壳换热器不仅是一种兼具板式与管壳式换热器特点的结合产物而且在结构上再一次进行了改革创新来弥补其不足之处，是一种具有新型结构且综合性能优越的换热器。填料函式板壳换热器为板式换热器提出了一种新型结构，为换热设备进一步优化提供新思路和新技术。
【关键词】千鸟格板型；弓形折流板；填料函密封结构；数值模拟
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