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文 献 综 述

换热器热应力分析设计综述

0 引言

换热器是传热工程必不可少的设备，几乎一切工业领域都要使用。化工,冶金，动力，交递，航空与航天部门应用尤为广泛。在底部有热源作用的散热片，主要通过传导与对流进行热交换。为保证散热片的散热性能达到设计的要求，从而避免电子产品因过热而造成损坏，就需要对其进行热分析，计算在实际工况下的温度分布，校核其散热性能。因此，对换热器进行热应力耦合分析具有十分重要意义。传统方法的热分析其温度变化必须是非常的缓慢，而且在升降温过程中的不易控制，难以正确校核其散热性能。随着计算机技术的发展，使得有限元法有着突飞猛进的进展。结合计算机辅助设计技术，有限元法也被用于计算机辅助制造中。ANSYS的热分析基于能量守恒原理的热平衡方程，正确模拟散热片的工况，通过有限元法计算各节点的温度分布，并由此导出其他热物理参数，为散热片的设计选材提供合理的参数，使产品的研发更加快速、高效和经济。

换热器在运行的时候，可能会出现失效的情况。换热器在操作时，由于冷、热流体温度不同，使壳体和管壁的温度互有差异。这种差异使壳体和管子的热膨胀不同，虽然换热器本身采用膨胀节式补偿，但当两者温差较大时可能将管子扭弯，或使管子从花板上拉松，直至管束损坏断裂[1]。

解决热应力产生的换热器失效一般是采用ansys热分析。热分析用于计算一个系统或部件的温度分布及其它热物理参数，如热量的获取或损失、热梯度、热流密度（热通量〕等。热分析在许多工程应用中扮演重要角色，如内燃机、涡轮机、换热器、管路系统、电子元件等[2]。

当一个结构加热或冷却时，会发生膨胀或收缩。如果结构各部分之间膨胀收缩程度不同，和结构的膨胀、收缩受到限制，就会产生热应力。

ANSYS 提供三种进行热应力分析的方法：

在结构应力分析中直接定义节点的温度。如果所以节点的温度已知，则可以通过命令直接定义节点温度。节点温度在应力分析中作为体载荷，而不是节点自由度

间接法：首先进行热分析，然后将求得的节点温度作为体载荷施加在结构应力分析中。