空气的进口速度分别取10,15,17和25m/，四种情况，计算所对应的热应力场。当空气的进口速度变大时，硅碳棒内所产生的最大热应力变小，且硅碳棒内所产生的最大热应力与空气的进口速度基本上呈线性关系。这是因为气体的流量随气体进口速度的增大而增大，当气体流量增大时，气体升高的温度减少，硅碳棒内的热梯度减小，进而所产生的热应力变小。因此可以适当增大气体进口速度来减少热应力。这种规律对任何类型换热器都适合。

       当空气入口速度为25m/s时，硅碳棒内最大热应力值为50.4MPa，略小于抗折强度51MPa,但没有安全系数的保证，还需从其它方面来进一步优化。D对硅碳棒内热应力也有影响，当汀D从4到9变化时，硅碳棒内最大热应力从53225kPa变化到54401kPa，它们之间的差值不大，基本上呈线性关系。当汀D从4变化到6时，硅碳棒内最大热应力逐渐变小，当汀D从6变化到9时，硅碳棒内最大热应力又逐渐变大。

       这是因为当t/D值很小时，硅碳棒内最大热应力与汀D值有关，当汀D值逐渐变大时，外界热源的影响逐渐占主导地位，热应力的变化趋势也跟着改变。因此汀D等于6时硅碳棒内最大热应力最小，是最佳值。对于换热器而言，t/D是一个重要的参数，可以通过它来改善换热器内的热应力。

       当汀D等于6时，硅碳棒内最大热应力为41. 8MPa，远小于抗折强度51MPa，说明在某些工业炉中采用此结构的硅碳棒来回收散失热量的方案是可行的。

       蛇管直径决定了硅碳棒的换热面积，为了得到足够的热量，换热面积应足够大，但将改变硅碳棒内的最大热应力。当蛇管直径变小时，硅碳棒内最大热应力变大，这由小直径大应力原理所决定的。

       因此在设计换热器中管道直径时，应避免管道直径过小，可以在允许的范围内通过增大管道直径来增大换热面积和减少热应力，达到双重效果。

结论

       (1)整个硅碳棒最大热应力发生在竖管和蛇管的接头处，在换热器的管道接头设计中，可以用管道平缓过渡连接的方法来减少大热应力的生;

       (2)竖管截面形状为椭圆时硅碳棒中所产生的热应力较小，在设计换热器结构时要首先考虑采用椭圆管道;

       (3)在一定条件下，硅碳棒内最大热应力随空气入口速度的增大而减小，可以适当增大气体进口速度来减少换热器中的热应力;

       (4)当汀D值从4到6变化时，硅碳棒内最大热应力逐渐减小，当汀D值从6到9变化时，硅碳棒内最大热应力逐渐增加，汀D最佳值为60在t/D值很小时外界热源对热应力的影响没有t/D值的影响大;

       (5)在一定条件下，D变大时，硅碳棒内最大热应力变小，可以在允许的范围内通过增大管道直径来增大换热面积和减小热应力，达到双重效果。

       由于本设计产品未大量应用于工业炉，所以无法得到实验数据，希望下一步的工作能做到数值计算的验证。本计算结果可供国内生产本产品的厂家参考。希望本产品能推广应用在工业上，为节能提供一种新的思路和方法，在一定程度上缓解一下我们国家能源紧张的问题。http://www.zbqunqiang.cn/