板式换热器热应力产生与应对的工作原理解析
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板式换热器热应力产生与应对的工作原理解析

2026.02.11

板式换热器,凭借独特的全焊接结构、六面均可拆卸的设计以及优异的传热效率,广泛应用于石化、电力、制药、食品等多个行业,然而在高温差、高压或频繁启停等复杂工况下,设备内部会产生显著的热应力,若处理不当,可能引发疲劳裂纹、密封失效甚至结构破坏,因此科学、系统地开展板式换热器工作原理热应力分析,是保障板式换热器长期稳定运行的关键。

艾克森的板式换热器-ASM系列不锈钢多段式板式换热器

那么针对 板式换热器,常用的热应力工作原理有哪些呢?

1. 理论原理解析法

理论解析法基于弹性力学和热传导理论,通过建立简化的数学模型,对温度场和应力场进行解析求解,该方法适用于几何结构规则、边界条件明确的初步设计阶段,虽然计算效率高,但难以精确模拟板式换热器复杂的流道结构、多材料连接区域及非均匀温度分布,因此多用于定性评估或校核。

2. 有限元数值模拟(FEA)原理

这是目前最主流、最有效的热应力分析手段,艾克森技术团队采用 ANSYS、ABAQUS 等专业仿真软件,对板式换热器进行 热-结构耦合分析:首先通过 CFD 模拟获得精确的温度场分布,再将该温度场作为载荷导入结构模型,计算由热膨胀差异引起的热应力,尤其对于全焊接结构中焊缝区域、角接部位及六面可拆连接处等应力集中区,FEA 能精准识别高风险位置,为优化结构设计提供数据支撑。

3. 热弹性应力测试原理(实验法)

在关键项目或新型号验证阶段,艾克森还会结合实验手段,如电阻应变片、光纤光栅传感器或红外热成像技术,对样机在实际工况下的温度与应变进行实测,通过对比仿真结果与实测数据,可有效验证模型准确性,并反向优化材料选择与焊接工艺参数。

4. 疲劳寿命评估原理

热应力往往是交变载荷,长期作用会导致热疲劳,艾克森依据 ASME BPVC Section VIII 或 EN 13445 等标准,结合 Miner 线性累积损伤理论,对板式换热器进行热疲劳寿命预测,确保设备在设计寿命内安全可靠。艾克森通过“理论+仿真+实验+标准”四位一体的热应力原理分析体系,全面保障 板式换热器的结构完整性与运行安全性,如果您正在寻找高性能、高可靠性的换热解决方案,欢迎联系艾克森,获取定制化技术支持与产品选型服务!


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