将管程进出口边界设定为自由边界;纵向的对称面设置为位移对称边界;壳体的轴向中间面上全部约束自由度为零;换热管各个壁面的温度载荷根据Fluent计算结果拟合出的温度函数关系式施加，其中Fluent分析对换热器采用“分段模拟，整体综 合”方法[ 6]，节省计算成本，取得比较理想的效果，并假设壳体内外壁面和管外壁面的温度主要沿着 轴向变化，忽略环向温差。

由于该换热器壳程和管程流体压力不大，而研究集中在预变形对温差应力的补偿特性，因此不考虑压力载荷。通过对换热管施加预拉伸单元的位移载荷量来体现预变形加载过程。

1.4预拉伸单元位移载荷量的确定 [7] 施加预变形时，假定管板外圆周边缘在轴向

(Y)方向上的变形为零，而各层管排近似视为若干同心圆，每个同心圆层上需要设置的预变形数值可根据中心孔的变形量通过线性关系粗略计算得 出，然后由设定中心孔的变形数值来满足各个布管层的预变形量的设置要求，预变形量计算如图2所示。当得知a值后，就可以根据各个半径尺寸计算 出b、c、d的值，即可以计算得到各根管子上的预变形量。

这种假定多孔圆平板的轴向位移线性分布的假设一般仅在管板直径较小的情况下能够满足计算要求。

1.5预变形量的确定

为了研究预应力换热器的可行性和稳妥地实施样机测试，利用ANSYS数值分析软件进行了实验模型在给定的工艺流体及其工艺参数的情况下最危险工况的分析。从而确定换热器的管子与壳体的最大热膨胀差，利用此最大热膨胀差为基准，通过确 定一个适当的安全系数来确定实际可以施加的预变 形量的范围，保证在实施预变形时(制造阶段)和 正常运行工况甚至最危险的运行工况下，预应力换 热器均不出现破坏。本文重点研究施加预变形对运行中的换热器相互约束构件可能产生的影响以及随着预变形量而产生的最大应力的变化，主要研究预应力换热器模型在施加预变形后的效果，即可行性问题，因此，这里选择并施加的预变形量并非是最优的数值。

2.求解结果与实验结果比较

2.1定义路径

在蒸汽入口端管板表面定义了两条路径X和 Z，起点均为管板中心孔的圆周上，终点为管板平 面的外缘，方向与整体坐标X、Z一致，如图3所 示。而定义换热管外壁面轴向路径，起点均为蒸汽 入口端(热端)处，方向为蒸汽的流动方向。

2.2实验结果与有限元分析比较

实验采用应变计作为敏感元件，选取路径X 3 个点，其位置数据如表3所示。采用多次实验的平均值，得到各个预变形下各位置上的径向应变值，如表4所示。为了考察试验结果，将其与有限元分析的结果进行了对比，选用蒸汽入口段管板表面的X方向路径的应变结果，对比情况如图4～图7所示。