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今天介绍容积式换热器设计之应力概念

  在容积式换热器的设计中,应力是一个重要的概念,用于评估和确保换热器的结构强度和安全性。应力可以通过应力分析来确定,并通过应力计算进行量化。

  容积式换热器中的应力可以分为以下几种类型:

  静态应力(Static Stress):这是由于静态载荷和压力造成的应力。静态应力是根据静态压力和温度差等参数计算得出的,用于判断换热器在正常工况下是否足够强度以承受内外部的载荷。

  动态应力(Dynamic Stress):这是由于流体的动态载荷和振动引起的应力。动态应力特别在高流量和高速度的工况下需要考虑,可以通过振动分析和动态载荷计算来评估。

  疲劳应力(Fatigue Stress):这是由于交变载荷和循环压力引起的应力。换热器在长期工作过程中,会受到循环载荷的作用,疲劳应力分析能够评估材料在交变载荷下的寿命,从而预测可能的疲劳破坏。

  波节管在工作过程中,一方面管内、外介质始终处于高度湍流状态,使得介质中的固体微粒难以沉积结垢;另一方面受介质温差的影响,波节管会产生微量的轴向伸缩变形,管内外的曲率会随之频繁变化,由于垢层和波节管的线膨胀系数相差很大,所以污垢与换热管之间会产生较大的拉脱力,即使有水垢沉着也会因此破裂而自动脱落,从而使换热器始终保持持久、高效的换热性能。同时管路通道大,压降小、节能效果显著,也不存在堵塞问题。

容积式换热器.jpg

  1.半容式的换热管束带筒体;而容积式的不带筒。

  2.换热器的工作原理不同。半容积式换热器的原理是增加管外热介质和热水的流量,增加热介质和热水的流量,将层流传热转变为湍流传热;而容积式换热器是将传热部分与蓄热部分完全分离,不仅提高了传热效果,而且消解了蓄热部分储存所有热水时的冷滞水区。

  3.传热系数和容积利用率不同。半容积式换热器的弹性管束是用高导热铜制成的,再结合合理的换热器内部结构,大大提高了换热器的性能。在相同容积下,容积式换热器的供水量要比半容积式换热器的供水量小,一般为1:2。也就是说,容积式换热器的存水量大,半容积式的流量大、传热效率大。当热介质因事故或其他原因而停止时,半容积式换热器储存的热水可以得到更大程度的供应。

  4.有无冷水区之分。容积式换热器可分为冷水区和热水区,而半容积式换热器则无冷水区。

  5.半容积式换热器不易结垢。由于半容积换热器的换热管大多采用铜,易形成湍流的流体对换热器壁有很强的冲刷作用,再加上弹性管束自身的热补偿能力,由于热膨胀和冷收缩的自清洁作用,使换热器难以结垢。

  波节管的特殊结形状,使其在受热情况下,可有效的降低热应力,无需加设膨胀节,从而简化了产品结构,提高了产品的可靠性。

  波峰与波谷的存在使其轴向伸缩能力增强,有效地减小了温差应力、能适应较大温差、压力的变化,因而不会出现管口破裂而造成的泄漏现象。折流板与波节管的独特连接工艺,延长了换热器的使用寿命。

  应力分析通常基于材料的物理特性、换热器的几何结构和工况参数进行计算和评估。工程师通常使用有限元分析等方法来模拟换热器结构,并计算不同部位上的应力分布。这有助于确定是否需要进行结构优化、增强或选择更适合的材料。

  对容积式换热器的应力概念的理解和分析对于确保换热器的结构安全和长期稳定运行非常重要。它能够帮助设计师优化设备的设计以满足工作条件,并确保换热器在使用期间不会出现应力超限和结构失效的问题。


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