基于流热固耦合的U型管式熔盐换热器温度场与应力场分析

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作   者：

陈玉爽;  田健;  丁梦婷;  邹杨;  王纳秀; 

作者机构：

中国科学院上海应用物理研究所; 

关键词：

熔盐;  应力场分析;  U型管式换热器;  流热固耦合方法; 

期刊名称：

核技术

i s s n：

0253-3219

年卷期：

2023 年 46 卷 001 期

页   码：

106-113

摘   要：

熔盐换热器因其系统压力低、运行稳定以及经济性能好等特点在太阳能、核能和高温制氢等领域得到广泛应用.由于熔盐运行温度高,冷热流体温差大,导致熔盐换热器主要部件中产生的热应力不可忽略.本文采用流热固耦合方法分析U型管式换热器的温度场与应力场,首先运用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)分析获取了换热器主要热性能参数,并与实验结果进行对比,最大偏差约3.07%,验证了CFD流体仿真结果的准确性.在此基础上,对熔盐管壳式换热器运行工况下的传热过程进行了详细分析,获得换热器流场和温度场.最后,通过Ansys workbench有限元软件计算得到由流场、压力场和温度场耦合产生的应力场,并着重分析了与换热管及壳体相连接的管板的应力分布,给出了管板最高应力值及某些路径的应力变化规律.结果表明:应力较大的部位发生在管板的布管区与非布管的连接区域,位于近壳侧的换热管内壁处,距离管板下端面约2 mm的位置.可为熔盐换热器实际运行和结构设计提供重要参考.