固定管板式换热器因其结构简单、承压能力强、适应性广、可靠性高等优点,在实际工程中得到广泛应用。但是传统大型化、高参数化固定管板式换热器受到温差应力的影响,其应用受到很大的限制。采用预应力技术可有效降低固定管板式换热器的温差应力,提高传统固定管板式换热器的安全可靠性,扩大其弹性操作范围,因此研究预应力固定管板式换热器的传热以及应力特性具有重要的意义,本文主要工作包括:1.本文根据结构模型以及载荷的对称性,建立固定管板式换热器1/2轴对称模型,充分考虑温度对材料性能参数影响,利用FLUENT提取金属耦合壁面上的温度边界条件,并将其加载到ANSYS结构模型中,研究传统固定管板式换热器的应力特性。2.研究压力载荷、温度载荷对管板应力特性的影响,并利用ANSYS等效应力线性法对定义路径上的应力强度进行评定,分析发现温度载荷作用对管板应力强度的影响非常显著。在此基础之上,提出采用预应力技术降低管壳间温差引起的温差应力,并利用应力叠加分析法以及间接耦合分析法进一步验证预变形载荷作用可有效改善管板应力状态,提高固定管板式换热器的弹性操作区间以及安全可靠性。3.综合分析管板强度的相关影响参数,在GB151《管壳式换热器》管板最大弯曲应力计算公式的基础上利用有限元仿真分析法与弹性基础板理论联合求解法,拟合推导得到管板最大弯曲应力计算公式,进一步对管板最大弯曲应力计算校核方法做出改进和完善。探讨研究拟合公式中的相关参数对管板最大弯曲应力的影响,其分析结果与经典理论以及工程实际经验基本一致。根据GB151《管壳式换热器》标准规范,计算固定管板式换热器在不同组合工况下的管板最大弯曲应力,并进行相应的有限元仿真分析计算管板应力强度,然后将两者结果进行对比分析,进一步验证管板最大弯曲应力拟合公式的可靠性与准确性。4.搭建实验平台,确定实验测试方案,利用TDS303型静态应变仪测试管板的应力分布状态,并将应力测试数据与有限仿真分析计算结果进行对比,分析发现两者的应力变化趋势基本吻合一致,误差均在工程允许误差范围内,因此进一步验证有限元仿真分析结果的准确性。