一台大直径高温换热器热力耦合分析过程中遇到的问题

达然不羁 · 发表于 1970-1-1 08:00:00

本帖最后由达然不羁于 2018-3-8 21:04 编辑

目前在做某一项目中有一台大直径高温换热器
设计参数如下：
换热器型式：BEM
直径Φ1600mm
壳程设计压力和设计温度：0.35MPa/FV和505℃
壳程设计压力和设计温度：0.35MPa和580℃
壳程平均金属壁温：328℃
管程平均金属壁温：404℃
换热管规格Φ25×2mm
换热管长度6000m
换热管数量3514根
主体材质选用S30409

在用SW6进行常规设计时发现如下问题：
1.S30409在580℃时无高温屈服强度；
2.管板周边不布管区无量纲宽度 k=1.59332>1
比值 Dt/Di= ρt=0.7661220.8
已超出GB151计算模型的范围，按照GB151的方法不能计算。

最后采用ANSYS进行管板计算，由于管壳侧温差较大，需进行热力耦合分析：

网格划分

网格质量

温度场分析

热力耦合分析

热力耦合分析采用1/4模型计算，算出来的应力达到2864MPa，
很显然应力值算出来的不准确
但我查了材料参数的设置边界条件和载荷的施加均未发现问题
另外温度场计算的时候与一个采用ANSYS经典算的温度场的结果一模一样
也就是说我算的温度场是没有问题的

在热力耦合分析的时候边界条件和载荷的施加就更没问题了
但算出来的结果显然不合理
因有限元模型太大网格数量太多选择的是Solid185单元网格数量在1900000左右
再大了就无法计算了
计算出的最大应力是在管板与管箱壳体连接的倒圆角处
且在施加对称约束的那一排换热管上的应力也很大但是没施加对称约束条件的其他换热管的应力均很小
修改过多次也无法找到计算出现错误的原因

原因我个人猜测如下：
1. 选择solid185单元出现剪切自锁现象导致应力很大想选用solid186单元进行计算核实
但因模型实在太大改为solid186单元电脑都无法计算；
2. 在施加约束的地方出现了应力奇异

自己实在是找不到问题到底出现在哪里
所以论坛里面找大神帮忙看看
谢谢~