تحلیل اثر چیدمان تیوب ها و توالی جوش آنها بر توزیع تنش های پسماند و یکپارچگی اتصال تیوب به تیوب شیت مبدل های حرارتی پوسته و لوله با استفاده از شبیه سازی المان محدود

یکی از علل اصلی خرابی در یک مبدل حرارتی پوسته و تیوب خرابی ناشی از ایجاد ترک است که تنش های پسماند ناشی از جوشکاری سهم بزرگی در این نوع خرابی ها دارد. در این پژوهش برای اولین بار تاثیر نوع چیدمان تیوب ها، فاصله تیوب ها و ترتیب جوشکاری بر توزیع تنش های پسماند تیوب شیتها به صورت عددی و تجربی مورد بررسی قرار گرفته است. با انجام تحلیل حرارتی سازهای غیرکوپل تنش های پسماند در دو مبدل حرارتی با چیدمان های مربعی و مثلثی اتصال تیوب به تیوب شیت محاسبه گردید. اتصال با یک پاس جوش گوشهای محیطی، به روش جوشکاری قوسی تنگستنی با گاز محافظ، جوشکاری گردیده است. فرآیند جوشکاری به صورت سه بعدی در نرم افزار abaqus شبیه سازی شده و شار حرارتی ناشی از قوس جوشکاری به صورت تابعی اززمان، به شکل تابع گوسی، به وسیله یک زیر برنامه اعمال گردیده است. برای اعتبارسنجی به نتایج شبیه سازی، توزیع حرارتی درحین جوشکاری به کمک ترموگرافی و تنش پسماند با تکنیک پراش اشعه ایکس اندازه گیری شده است. نتایج نشان داد که فاصله تیوب ها و چیدمان آنها و همچنین ترتیب اندازه گیری تاثیر قابل ملاحظه ای بر تنش پسماند داشته و با تعیین مناسب این پارامترها می توان به حداقل تنش پسماند دست یافت. با انتخاب مناسب ترتیب جوشکاری می توان تنش های پسماند کششی را تا حدود 52 درصد برای برای چیدمان مثلثی و 32 درصد برای چیدمان مربعی کاهش داد. مقایسه ی نتایج به دست آمده در این پروژه با نتایج آزمایشگاهی تطابق خوبی را نشان می دهد.