（江汉大学化学与环境工程学院，武汉 430056）
摘 要：随着现代科学技术的发展，我国化工机械制造领域的设计软件技术取得了较大的进步，以ANYS软件、NASTRAN 软件、IDEAS软件、ALGOR软件等为代表的技术在化工机械制造领域的应用受到了相关人员的高度重视。虽然我国的计算机辅助工程的应用还存在很大的局限性，但是化工机械制造领域的软件技术仍然处于不断发展的状态当中。本文以ANSYS软件技术为例，分析了ANSYS软件在厚壁受力状况和换热器内流体换热流程设计方面进行设计模拟，从而促进化工机械设备设计趋于合理化。
关键词：ANSYS技术;厚壁受力状况;热换器工作流程
0 前言
NSYS技术以其强大的功能受到了国际上的普遍欢迎，已经获得国际上ISO9001质量认证，并被NQA和ASME等多种大型技术协会纳入其中，极大地促进了国际软件技术的发展。近年来，随着计算机水平的提升，化工机械设计软件技术已经逐渐出现了CAE技术和CAD技术，而ANSYS技术是在CAE技术的基础上发展而来的，可以说是对CAE软件的补充与完善，这对于化工机械设计具有极其重要的意义[1]。在化工机械设计的过程中，CAD技术和CAE技术仍然是设计人员使用最多的技术软件，ANSYS技术作为辅助性软件帮助设计人员进行分析，完善了化工机械设计的技术，为化工机械设备的改进奠定了坚实的基础。
1 化工机械技术的发展历程
受经济发展水平、人员素质、政策等因素的影响，我国的化工机械技术发展比较艰难，但迄今为止，化工机械技术能够应对机械设计中的绝大部分作用。我国化工技术最早出现在民国时期，在南京、上海、武汉出现化工机械技术之后，直至建国后，国家将化工行业的发展作为国民经济建设的重点，我国的化工机械技术的发展速度才逐渐得到提升。经过30多年的发展，在70年代末期，我国初步建立起化工机械技术的科研、设计和应用体系，加大对化工机械技术的研究，使化工机械的制造、应用成为化工产业的基础。在进入改革开放时期后，我国大力引进国外先进的化工机械，促使化工机械技术也随之获取，这一时期，我国的化工机械制造行业得到了前所未有的发展机遇，一大批国产工业机械设备纷纷涌现。在21世纪，我国的化工机械技术发展飞快，得益于我国快速增长的经济水平与行业发展需求，多种化工机械技术满足了化工机械制造领域的不同设计要求，为我国化工机械制造领域做出了突出贡献。而当前，我国的化工机械技术不仅要实现系统化，还要体现差异化，因此，如何创新化工机械技术就成为化工机械制造领域接下来要面临的问题[2]。
2 AANSYS技术在化工机械设计中的具体应用分析
2.1 厚壁受力状况几何模型的建立与计算
利用ANSYS技术建立几何模型，通过对求解结果进行计算，分析机械设备的厚壁受力状况，具有较高的实用性。利用ANSYS技术建立厚壁受力状况几何模型需要注意四个问题，即单元类型选择与定义常数的确定、网格划分、施加边界求解、模型变形图获得与轨迹线建立[3]。
（1）单元类型选择与定义常数、材料属性的确定。在建立几何模型之前，设计人员需选择单元类型，并确定定义常数和材料属性，可以说，这是利用ANSYS建立几何模型的基础性工作，设计人员应当重视这一工作。在利用ANSYS软件时，设计人员可以通过模块Structure对结构进行分析，可以发现，施加内压与应变压力较高。而PLANE2具有UX和UY两个较大自由度，设计人员可以选择PLANE2单元，再对结构进行分析，并采用不同的材料号对材料属性进行区分。
（2）网格划分。设计人员在划分网格的时候，需要分两个步骤进行，第一步对网格进行初步的划分，第二步要对网络进行调整，得到比较精细的网格，确保网格的精准性。
（3）施加边界求解。在模型上施加边界求解可以得出初步结果。为了确定物体荷载的响应，并根据荷载进行再次分析，确保施加荷载的准确性，需要进行有限元分析。模型受到的荷载包括外压、重力和内压，而在实际的计算过程中，内压对模型产生的影响较小，可以忽略不计，外压和重力对模型产生的影响较大，需对其进行重点计算，最后求得结果。
（4）模型变形图获得与轨迹线建立。在利用ANSYS进行求解之后，设计人员处理所得结果，得到模型变形图，并根据模型变形图定义一条从内径到外径的轨迹线，得到应力轨迹图。
2.2 换热器内流体换热过程的模拟设计
利用ANSYS软件对模拟换热器内流体换热过程进行设计，主要是利用FLOTRAN CFD这一分析功能来完成，FLOTRAN CFD可以对二维和三维流体流动场进行分析，相较于其他软件来说，功能比较先进。设计人员可以流体动力学原理，将分析结果分为瞬时、稳态，获得每个节点的单元流率和压力，最后利用软件得出单元流率图和压力图。以利用ANSYS软件建立模型设立过程为例，在进行设计时，可以分为两个步骤来完成。
（1）选择模型单元和建模。由矩形截面围绕中心轴旋转得出的轴对称模型即为设计模型，设计人员在选择模型单元的时候，对截面进行选取和分析，以上下两个矩形截面分别代表不同的流体，在分流情况进行分析时，可采用FLOTRAN CFD模块。
（2）边界条件在模型上的施加及其计算。设计人员在对换热器进行CFD进行计算和分析的时候，需注意以下几个方面的问题：边界条件的施加为模型的外界面;当对对称面施加对称边界条件时，边界条件满足xy=0;壳程水、管程气体的温度与进口速度均为零;当利用ANSYS对温度方程、压力方程和速度方程进行计算的时候，迭代次数在170～175之间，得到收敛值标准后再进行计算，处理计算结果即可得到换热器流-热耦合场的速度和温度等值线。
3 结束语
综上所述，NSYS技术的出现为化工机械制造领域带来了极大的变化，克服了传统设计软件的弊端，促进设计软件向三维立体模型设计发展，便利了设计人员的设计工作[4]。从未来计算机技术的发展趋势来看，化工机械制造领域的设计技术还将有进一步的提升，相关的设计人员应当努力提高自身的设计水平，为化工机械设计做出更大的贡献。
参考文献：
[1]盛遵荣.计算机辅助技术在化工设备中的应用[J].科技致富向导，2013（26）：131+318.
[2]刘龙兴.化工机械设计使用中的智能化探析[J].科技致富向导，2013（27）：312.
[3]石勇.计算机辅助工程在化工机械中的应用[J].机械管理开发，2014（04）：88-89+92.
[4]唐天鹏.ANSYS在化工机械设计中的应用研究[J].化工管理，2014（03）：19.
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