（固体力学专业论文）纵流壳程换热器H型结构CAE分析及其二次开发.pdf

郑州大学硕士学位论文 摘要 管壳式换热器是炼油、化工、动力、冶金、轻工、环保等行业中应用最广泛 的热交换设备。其中，折流板式换热器以其较高的可靠性和较好的实用性被广泛 采用。其壳提主要结构为折流扳，其作用是迫使壳程内的流体为横向流动，从而 造成了折流板式换热器的传热死区较大、传热效率低、流体阻力大、抗振性能差 等缺点，因此能源浪费较为严重。为了克服这些不足，近几十年来，世界各匡都 在积极研究开发新型管壳式换热器。新型高效纵流壳程换热器就是关注的热点课 题。它采用折流栅替代了原来的折流板实现支撑换热管。同时将折流栅支承结构、 变截面导流筒和夹套三个元件有机地结合在一起，发挥了各自的优势，这样既强 化了壳程传热系数，降低了能耗，又延长了设各使用寿命。 结构改进后的新型换热器综合优势突出，它具有结构合理，耗材少，节能效 果明显等优点。然而由于新结构的特点，使得结构各部件的温度变化也更趋复杂 化，由此形成的温差应力分析则成为换热器强度设计中的关键问题。特别是近年 来为了提高效能比，现代工业普遍向着高参数方向发展，换热器整个使用寿命周 期中都在承受更高的温度、压力和介质腐蚀的多重耦合作用。因换热器强度问题 而诱发的破坏事故屡见不鲜。如何在设计阶段既确保设备使用安全，同时又节约 材料和能源，是一个具有挑战性的课题。 新型换热器与常见的管壳式换热器在结构上有明显差别。目前该新型换热器 h 型结构部分设计仅仅采用了经验方法，没有相应的标准和手册。而工程中换热 器使用安全问题又是非常重要的问题。因此需要一个科学的设计方法来进行强度 设计、校核。本文借助于弹性力学理论和有限单元法，对新型换热器整体结构的 应力场和温度场进行了详实的分析，对关键部件环板的结构设计给出了指导性建 议，提出了可供工程设计使用的计算公式，为新型换热器设计提供了科学依据。 由于纵流壳程换热器结构非常复杂，若全部采用交互方式来建模分析，工作 量将会非常大，且容易引起人为错误。本文在商用有限元分析软件a n s y s 平台 基础上进行了二次开发，实现了参数化模型自动生成和自动求解分析，大大减小 了由于建模、加载所需花费的时间，缩短了分析周期，减少了人为错误，具有重 要的应用价值。 利用本文所开发的程序，考虑到几何参数的系列变化，完成了4 8 个模型， 郑州大学硕十学位论文 9 6 个工况的计算分析和数据处理。 本论文的主要或果简要确举如下： 1 对h 型纵流壳程换热器主要部件的结构应力计算方法进行了理论推导。在 原有相关理论分析基础上，考虑到新型换热器的结构类型特点，对力学模型进行 了扩展，考虑了h 型结构和膨胀节的影响，导出了轴向应力计算公式。 2 根据纵流壳程换热器的实际结构及工艺条件，克服了重重困难，提出了 合理的有限元热一力耦合分析模型。首次完成了全尺寸整体结构3 d 实体传热计 算、结构分析的直接建模，而没有采用管单元或等效刚度梁来简化管束。同时在 载荷处理上考虑了管子的内外压和管予内外壁的温差，这样分析的结果更接近实 际情况。如果将管子简化成线单元或管单元，则无法计及上述影响。本文所建模 型节点总数高达2 2 6 4 8 3 个，单元总数高达2 6 0 4 6 3 个，题目规模已经属于大规模 有限元模拟项目。对于h 型换热器模型的热一应力耦合分析，国内未见类似报道。 3 换热器进行模拟过程中，要考虑外壳体、内导流筒、环板、管束、管板 以及膨胀节等零部件的综合作用。虽然a n s y s 具有较强的几何建模功能，但是由 于本文分析的换热器模型不仅尺寸较大，而且几何形状也非常复杂，同时分析还 耦合了温度场和结构问题，赢接应用不能满足3 d 模型要求，需要作合理的简化 处理，但几何模型保持全真尺寸和形状不变。本文通过参数化建模技术来实现换 热器3 d 模型的建立，属国内首创。 4 由于换热器模型几何形状非常复杂，换热器各部分通过粘贴连接，但由于 管子数量众多，与管板连接处过渡异常困难。为了能够求解，本研究将管子分成 两个部分，采用不同的网格划分模式，取得了比较优良的网格。该处理方法对其 它类似复杂模型的网格划分具有一定的参考价值。 5 在h 型换热器中，关于其环板强度的校核，至今还没有公开发表的设计 方法，本文在这方面作了大量研究，提出了换热器结构强度设计公式和结构尺寸 设计的参考准则。 6 本文基于传热学理论，针对新型结构，建立了合理的传热计算模型，通 过编写程序计算出了各部件壁温的大小，经过数值模拟分析表明结果合理。温度 分布的准确确定对换热器的应力计算结果影响极大，合理确定换热器各部件温度 的大小是本论文的难点之一。 i i 郑州大学硕士学位论文 7 通过研究一个简单模型，掌握了a n s y s 分析结果合理性判定、边界的影 响等分析技巧。 8 分析了冷端与热端对换热器应力的影响并将结果与平均温度时的应力 结果进行了对比分析。结果表明冷端与热端的温差应当考虑。 9 针对合成氨变换工段中的主热交换热器( 为h 型纵流壳程换热器) 系列， 分析了同一种工艺条件下，不同环板厚度和结构尺寸对换热器最大应力和环板应 力的影响，并绘制出了图表，还提出了相应的设计参考准则，可供以后设计时参 考。 1 0 通过换热器有限元分析二次开发，分别完成了五种不同结构尺寸换热器 参数化自动模型生成、自动网格划分、自动工艺计算、自动温度场分析和自动应 力场分析程序包，实现了c a d c a e 的嵌入式集成。二次开发程序语句共计2 4 0 0 0 多条，分建模、工艺计算、网格自动划分、温度场计算、应力场计算和界面开发 这6 大子模块。 11 通过对数值模拟结果进行回归分析，首次得出了换热器最大应力仃随外 径。和环板厚度s 变化的公式i t = f ( d ，s ) ，盯= 4 3 4 + - 6 可9 4 j + 犷0 8 d ，并通过计 算标准差和图形对比等方式，分析比较了公式所得结果与分析所得结果的误差程 度，经分析比较后，公式所得结果误差较小，约9 0 以上点的误差小于5 ，最 大误差小于1 0 。因此，所提出的设计公式完全可以应用于工程实际当中。 1 2 解析公式和数值模拟计算的应力结果对比分析表明，在结构比较规则的 地方，理论计算结果可以作为初步设计的参考。而在不规则几何段、载荷不均匀 等处，解析法理论计算结果就不可取了，此时只有参考数值分析结果。为了对比， 本文还作了相同结构对象的二维有限元分析。二维和三维分析结果的差别，主要 是由管束等效简化而来的。 本论文的难点和翎薪点如t - 1 首次基于弹性理论推导了h 型纵流壳程换热器轴向应力计算公式。 2 。实现了对管子采用实体模型进行网格划分，完成换热器全尺寸整体结构有 限元热力耦合分析。 3 首次采用参数化技术对h 型换热器进行了3 d 模型建立。考虑了管内、外 压力和温差载荷作用。 i 郑州大学硕士学位论文 4 基于传热学理论及其相关公式完成了h 型换热器各部件壁温计算，为温度 场、热应力场计算提供了基本条件。 5 首次绘制出换热器应力随结构尺寸和环板厚度的变化关系曲线，提出了可 供工程使用的不同板厚的强度计算公式口= f ( d ，s ) 。 6 通过二次开发，首次实现了h 型换热器c a d c a e 的嵌入式集成。 关键词：纵流壳程换热器热应力二次开发c a e 有限单元法 塑型查兰堡主堂垡笙塞 a b s t r a c t t h es h e l l a n d - t u b eh e a le x c h a n g e ri se x t e n s i v e l yu s e di no i lr e f i n e r y ，c h e m i c a l e n g i n e e r i n g t h eb a f f l e ，o n et y p eo ft h e m ，i sw i d e l yu s e dw i t hi t sh i g hr e l i a b i l i t ya n d p r a c t i c a b i l i t y i t sm a i np a r ti ns h e l ls i d ei sb 珊e m a k i n gt r a n s v e r s ef l o w , f o r m i n g s t a g n a n tr e g i o no ff l u i d ，r e d u c i n ge f f 芥c i e n c yo fh e a tt r a n s f e r , i n c r e a s i n gf l o w r e s i s t a n c e ，h a v i n gw o r s ea n t i - v i b r a t i o nb e h a v i o r , e t c h e n c e ，ag r e a td e a lo fe n e r g yi s w a s t e d t os o l v et h e s ed i s a d v a n t a g e s a1 0 to fn e ws h e l l - a n d - t u b ee x c h a n g e r sh a v e b e e na c t i v e l yd e v e l o p e df o rd e c a d e sw o r l d w i d e 1 1 1 en e wt y p eh i g he f f i c i e n th e a t e x c h a n g e rw i t hl o n g i t u d i n a lf l o wo ft h es h e l ls i d ef l u i d ( h e l f s f ) i so n eo ft h eb e s t e x c h a n g e r s i ti sc o n c e i v e do nt h eb a s i so fc h e m i c a lp r o c e s s ，w i t hn e ws t r u c t u r e ，a n d t h e s y s t e m i c c o m b i n a t i o no fr o d - r i n g s u p p o r t ，t a p e r e d f l o wd i s t r i b u t o ra n d i a c k e t _ 1 a c k e t e dr o d - b a f f l eb e a te x c h a n g e rm l ht a p e r e df l o wd i s t r i b u t o r , m a k i n g g o o du s eo ft h ea d v a n t a g eo f e a c hp a r t ，e n h a n c i n gt h ee f f i c i e n c yo fh e a tt r a n s f e ra n d p r o l o n g i n gt h el i f e - s p a n t h en e wt y p eh e a te x c h a n g e ri m p r o v e di ns t r u c t u r eh a sm o r ea d v a n t a g e sw i t l l m o r er e a s o n a b l es t r u c t u r e ，1 0 w e rc o n s u m p t i o no fm a t e d a la n dr e m a r k a b l e e n e r g y s a v i n g b e c a u s eo fi t ss t r u c t u r ef e a t u r e s ，t h et e m p e r a t u r ed i s t r i b u t i o no fe a c h p a r tb e c o m e s m o r ec o m p l e x ，m a k i n gt h et h e r m a ls 缸- e s sak e yf o rt h es t r e s sa n a l y s i so f e x c h a n g e r p a r t i c u l a r l yt oi m p r o v et h er a t eo fe f f i c i e n c yt oe n e r g y , m o d e r ni n d u s t r i e s l e a d i n gt od i r e c t i o no fh i g ho p e r a t i n gp a r a m e t e r s ，m u l t i f a c t o r sc o u p l i n ga c t i o no f m o r eh i g ht e m p e r a t u r e p r e s s u r ea n dm e d i u me r o s i o ni ni t sw h o l es e r v i c i n gl i f e - s p a n i ti sa nu n a v o i d a b l et h a tf a i l u r ee v e n t sr e s u l t e df r o mt h es t r e n m hr e l a t e dt oh e a t e x c h a n g e r i ti s ac h a l l e n g ep r o b l e mh o wt oe n s u r et h e s a f e t yo fe q u i p m e n t ， m e a n w h i l ec o n 仃o lt h ec o n s u m p t i o no f m a t e r i a la n de n e r g y a ne v i d e n td i f f e r e n c ei sf o u n db e t w e e nt h en e w t y p ee x c h a n g e ra n dt h ec o m m o n s b e l l - a n d t u b ee x c h a n g e ri ns t r u c t u r e s o n l ye m p i r i c a lm e t h o d sa r et a k e ni nt h ed e s i g n o ft h en e ws t r u c t u r e 1 a c k i n go fd e s i g nc r i t e r i o n sa n dh a n d b o o k i ti sc r i t i c a lf o rs a f e u s eo f h e a te x c h a n g e r s s oas c i e n t i f i cd e s i g ni sn e e d e dt od e s i g na n dc h e c ks t r u c t u r e s ad e t a i l e da n a l y s i so fs t r e s sa n dt e m p e r a t u r ew a sc o m p l e t e di nt h ew h o l es t r u c t u r eo f t h en e wh e a te x c h a n g e rv i at h et h e o r yo fe l a s t i cm e c h a n i c sa n dt h ef i n i t ee l e m e n t m e t h o d ，a l li n s t r u c t i o n a lp r o p o s a lw a st a b l e dt or i n gs l a b ，ak e yp a r to ft h ee x c h a n g e g af o r m u l ac a l c u l a t i n gt h es t r e s so fd i f f e r e n tt h i c k n e s s e sw a sp r e s e n t e d a n da f o a n d a t i o nt os c i e n t i f i c a l l ya s s e s st h es t r e n g t hw a sa l s op r o v i d e d b e c a u s eo ft h ec o m p l e x i t yo fe x c h a n g e r s t h ew o r k l o a dw i l lb ev e r yh u g ea n d m a k ei ti m p o s s i b l ea c c o m p l i s ht h ew o r ko nt i m ei fm o d e iw e r ee r e a t e db yi n t e r a c t i v e m e a n s i nt h i sp 印e r s e c o n d a r yd e v e l o p m e n tw a s p e r f o r m e do nt h eb a s i so f a b u s i n e s s f i n i t ee l e m e n tp r o g r a m a n s y s p a r a m e t r i ca u t o g e n e r a t i o no fm o d e la n d a u t o - a n a l y s i sw a sp u ti n t oe f f e c t ，t h e r e f o r e ，m o d e lc r e a t i n gt i m ei sd e c r e a s e dl a r g e l y , a n dt h ea n a l y s i sp e r i o dw i l lb es h o r t e n e dg r e a t l y , a n dt h ec o n t r i v e de r r o r sa r e d e c r e a s e d i nas u m m a r y , t h es e c o n d d e v e l o p m e n th a v i n gb e e n d o n ei sr a t h e r v a l u a b l e t h ea n a l y s e sa n dd a t ap r o c e s s e so f4 9m o d e i sa n d9 8c a s e sw e r ei m p l e m e n t e d t a k i n gi n t oa c c o b n tt h ev a r i e t yo f g e o m e t r i cp a r a m e t e r sb yt h ep r o g r a mc o m p i l e d v 郑州大学硕士学位论文 t h ed i s s e r t a t i o nm a i n l yw o r k sa r ea st h ef o l l o w i n ga s p e c t s ： 1 t h et h e o r e t i cd e d u c t i o n sw e r ea p p l i e di nt h eh t y p eh e a te x c h a n g e rw i t h l o n g i t u d i n a lf l o wo ft h es h e l ls i d ef l u i d o nt h eb a s i so ft h ea n a l y s i so ft h e o r yo f f o r m e rh e a te x c h a n g e r , t h et h e o r yo ft h en e wt y p eh e a te x c h a n g e rh a db e e ne x p a n d e d ， d e v e l o p i n gt h ef o r m e rt h e o r yf u r t h e r , t a k i n gi n t oa c c o u n tt h ei m p a c to fh - t y p e s t r u c t u r ea n de x p a n s i o n o i n ta n de d u c i n gt h ef o r m u l ao f t h er e l e v a n ta x i a is t r e s s 2 o nt h eb a s i so ft h ea c t u a ls t r u c t u r ea n dt h eo p e r a t i n gc o n d i t i o n ，l o t so f d i f f i c u r i e sh a db e e no v e r c o m e a n da p p r o p r i a t ee l e m e n tp a t t e r n sw e r ec h o s e nf o rt h e a n a l y s i sc o u p l i n gt h e r m a la n dm e c h a n i c s ，t h ew h o l e3 dm o d e l sw e r eb u i i td i r e c t l yf o r c o m p u t i n gh e a tt r a n s f e ra n ds t r u c t u r ea n a l y s i s w h yat u b ew a sn o tm o d e l e da sp i p e e l e m e n to rs i m p l i f i e da s e q u i v a l e n tb e a m si st h a tt h e s ee l e m e n tc a nn o ts a r i s f yt h e n e e do fp r o b l e m n o d en u m b e rt o t a l l yc o u n t st o2 2 6 4 8 3 a n dt h a to fe l e m e n tt o 2 6 0 4 6 3 ，w h i c hb e l o n g st oal a r g es c a l ec o m p u t a t i o n a lm o d e l b e s i d e s ，t h ei n t e m 缸a n d e x t e r n a lp r e s s u r e s ，a n dt h et e m p e r a t u r ed i f f e r e n c eb e t w e e ni n s i d ew a l la n do u t s i d e w a l lo ft u b ew e r et a k e ni n t oa c c o u n t s u c hm o d e li sc l o s e tt ot h ea c t u a lc o n d i t i o mi f t h ee l e m e n to ft u b ew a s a d o p t e db y l i n e a re l e m e n ta n dt u b ee l e m e n t a b o v e - m e n t i o n e de f f e c t sw i l ln o tb ei n e l u d e d 1 1 壕r e f o r et h ep r e c i s ea n dr e l i a b i l i t yo f t h et h e r m a la n ds t r e s sa n a l y s i sw i l lb es i g n i f i c a n t l y1 0 w e r e d 3 i nb es i m u l a t i o no fh e a l e x c h a n g e r ，i n c l u d i n go u t s i d es h e l l i n s i d ef l o w d i s t f i b u t o r , r i n gs l a b ，t u b e s ，t u b es h e e ta n de x p a n s i o ni o i n t t h o u g ht h ea n s y s p r o g r a mh a sb e t t e rf u n c t i o no fg e o m e t r i cm o d e l i n g ，a st h ed i m e n s i o no ft h em o d e lo f e x c h a n g e ri sl a r g e ，a n dt h eg e o m e t r yi st o oc o m p l i c a t e d ，a tt h es r n l et i m e ，t h e c o u p l i n go ft e m p e r a t u r ea n ds t r u c t u r en e e d sb ea n a l y z e d ，t h ed i r e c ta n a l y s i so fr o o d e l c a r ln o tb ec o m p e t e n tf o r p r o b l e me x p e c t e d ，s op r o p e rs i m p l i c i t yn e e d sb ed o n e i n t h i sd i s s e r t a t i o n , t h e3 dm o d e lo f e x c h a n g e rw a sc r e a t e db yp a r a m e t e r i z e dt e c h n i q u e s w h i c hw a s o r i g i n a t e d 缸c o r r e l a t e dr e g i o n 4 b e c a u s eo ft h ec o m p l e x 岭o ft h em o d e lo ft h eh e a te x c h a n g e ge a c hp a r to fa h c a te x c h a n g e rh a st ob eg l u e de a c ho t h e r , i ti sd i m c u l tf o rm e s h i n gi nt h ej o i n to ft h e t u b es h e e ta n dt u b e sd u et oap l e n t i f u ln u m b e ro ft u b e s t os o l y et h ep r o b l e m e a c h t u b ew a sd i v i d e di n t ot w op a r t sw i t hd i f f e r e n tm e s h e s s ob e a e rm e s h e sw e r ea c q u i r e d t h i sa p p r o a c hc a nb ea g u i d ef o ro t h e rs i m i l a rc o m p l e xg e o m e t r ym o d e l 5 i nt h eh t y p eh e a te x c h a n g e r 、v i t i ll o n g i t u d i n a lf l o wo ft h es h e l ls i d ef l u i d t i l l n o wd e s i g nm e t h o d so fr i n gs l a bh a sn o tb e e nf o u n di ne x o t e r i cl i t e r a t u r e n l e r e s e a r c h0 ni th a sb e e n d o n ei nt h i sp a p e r , t h er e f e r e n c e dr u l ea n dd e s i g nf o r m u l ao f s 1 1 e s sf o re x c h a n g e rr i n gs l a bw a sp r o v i d e d 6 血t l i sp a p e r , r e a s o n a b l ec a l c u l a t e dm o d e lo nh e a tt r a n s f e rw a sc r e a t e di nt h e n e wt y p es t r u c t u r ei nt e r m so ft h eh e a tt r a n s f e rt h e o r y t h ea n a l y s i sr e s u l t so f n u m e r i c a ls i r e u l a t i o no fh e a te x c h a n g e ra r ea p p l i c a b l e t h ee f f e c to ft h es t r e s si sh u g e d u et ot h ed i f f e r e n c e so ft e m p e r a t u r e s i ti so n eo fd i 蚯c u l t i e si nt h ed i s s e r t a t i o nt h a t t h ev a l u a t i o no f t e m p e r a t u r eo nh e a te x c h a n g e rh a db e e nv e r i f i e dt ob er e a s o n a b l e 7 t h et e c h n i q u e so fa n a l y s i so fm o d e l ，r e a s o n a b l ei u d g e m e n to fm e s h e sa n d r e s u l t s ，e f f e c t i v e n e s so fb o u n d a r yc o n d i t i o na n ds oo n , w e r ec h e c k e db ya n a l y z i n ga s i m p l em o d e l 8 t h es t r e s so fe x c h a n g e rw a s a n a l y z e di nc o l da n dh o te n d c o m p a r e dw i t ht h e 塑型奎鲎堕主堂焦望圣 r e s 、l l t so fs t r e s si nm e a nt e m p e r a t u r e i ts h o w e dt h a tt h et e m p e r a t u r ed i f f e r e n c e b e t w e e nc o l da n dh o te n d ss h o u l db ei n v o l v e d 9 o nt h eb a s i so ft h es e r i e so fm a s t e rh e a te x c h a n g e r ( b e l o n g i n gt oah - t y p e h e a te x c h a n g e rw i t hl o n g i t u d i n a lf l o wo ft h es h e l ls i d ef l u i d ) i na m m o n i as y n t h e s i s p r o c e s s ，i nt h es a m ec h e m i c a lp r o c e s sc o n d i t i o n ，t h em o s ts t r e s so fe x c h a n g e ra n dr i n g s l a bw a sa n a l y z e di nd i f i e r e n tt h i c k n e s s e so fr i n gs l a ba n dd i m e n s i o n so fe x c h a n g e r f i g u r e sa n dt a b l e sf o rd e s i g n e r su s ew e r ed r a w n t h e s ec a nb eu t i l i z e di nf u t u r ei u d e s i g no f e x c h a n g e r s 1 0 t h es e c o n dd e v e l o p m e n tu pt of i v ed i f f e r e n td i m e n s i o n so fh e a te x c h a n g e r e a c ho t h e rw a sa c c o m p l i s h e d ，a n dt h ep a r a m e t e r i z e da u t o m a t i cg e n e r a t i o no fi l o d e l ， a u t o m e s h i n g ，a u t o m a t i cc a l c u l a t i o na n da n a l y s i so ft e m p e r a t u r ea n ds t r e s sw a s r e a l i z e d ，a n dt h ee m h e d d e di n t e g r a t i o no fc a d c a ew a sa l s oc o m p l e t e d t h e s e c o n d a r yd e v e l o p m e n tp r o g r a mc o n s i s t so fm o r et h a n2 4 0 0 01 i n e so fc o m m a n d ， i n c l u d i n gm o d e l c r e a t i o n ，p r o c e s sc a t c u l a t i o n ，m e s h e sa u t o g e n e r a t i o n ，a u t o m a t i c a n a l y s i so f t e m p e r a t u r ea n ds t r e s s ，a n dt h eu s e ri n t e r f a c et o t a l l vt o6 m o d u l e s 1 1 t h cf o r m u l a ，i e 盯= 4 3 4 - i - 6 9 _ 4 五+ 0 _ 8 d ，o ft h em a 】( i m 啪s t r e s so fh e a t 6 j j e x c h a n g e r ，v a r y i n g 谢m t h et h i c k n e s so ft h er i n gs l a ba n dt h eo u t s i d es h e l l ，w a s e d u c e db yr e g r e s s i v ea n a l y s i so ft h er e s u l t so fh e a te x c h a n g e ra c q u i r e db yp r o g r a m r e s u i t so b t a i n e db va n s y sw e r ec o m p a r e da n da s s e s s e d 她o n e sb yt h ef o r m u l a u s i n gt h es t a n d a r dd e v i a t i o na n df i g u r e s 1 1 1 ee r r o r sw e r el e s st 1 a n5 o fa b o u t9 0 o fw h o l ed a t a , a n dt h em a x i m u me r r o rw a sl e s st h a n1 0 s ot h ef o r m u l ac a n u n d o u b t e d l yb e u s e di ne n g i n e e r i n g 1 2 i th a ss h o w nt h a t ，i nr e g u l a rp l a c e so fs t r u c t u r e s ，t h ea n a l y t i c a lr e s u l t sf r o mt h e o r y c a nb eu s e da sr e f e r e n c eo fd e s i g ne l e m e n t a r i l yc o m p a r i n gw i t l ln u m e r i c a ls i m u l a t i o n t h er e s u l t so ft h e o r ym a yn o tg i v er e a s o n a b l er e s u l t sa tt h ep l a c ew i t hi r r e g u l a r g e o m e t r i cs h a p eo rt l n e v e nd i s t r i b u t i o no f l o a d s w h e r et h eo r d yr e s u l t sc a nb ea d o p t e d i st h eo n e so fn u m e r i c a la n a l y s i s i na d d i t i o n t h ea n a l y s i so f2 dm o d e lw i t hs a t n e s t r u c t u r ew a si m p l e m e n t e di no r d e rt oc o m p a r et h er e s u l t so f3 d ，t h em a i nd i f f e r e n c e o f t h e mr e s u l t e df r o mt h ee q u i v a l e n ts i m p l i f i c a t i o no f t u b e si nm o d e ls i m p l i f i c a t i o n d i 街c u l t i e so v e r c o m ea n di n n o v a t i v ew o r k sa t t a i n e dm a i n l yi nt h ed i s s e r t a t i o n i n c l u d ef o l l o w i n ga s p e c t s ： 1 t 1 1 ef o r m u l ao f a x i a ls t r e s so f h - t y p eh e a te x c h a n g e ri se d u c e df i r s t l yi nt e r m s o fc l a s s i ce l a s t i c i t y 2 t 1 1 ew h o l es t r u c t u r eo ff u l ls i z ef o rh e a te x c h a n g e rw a sm e s h e dw i t hs o l i d e l e m e n ti np i o n e e rt ob u i l daf e ma n a l y s i sm o d e lc o u p l e dt h e r m a la n dm e c h a n i c a l e f f e c t s 3 p a r a m e t a r i z e dt e c h n i q u e sw e i ef i r s t l ya d o p t e dt oe s t a b l i s ht h e3 dm o d e lo f h - t y p eo f h e a te x c h a n g e rc o n c e r n i n go f t h ea c t i o n so f i n t e r n a la n de x t e r n a lp r e s s u r e s 4 w a l lt e m p e r a t u r e so f h e a te x c h a n g e rw e r ee s t i m a t e db yt h ef o r m u l a e d u c e da c c o r d i n gt ot h et h e o r yo fh e a tt r a n s f e rf i r s t l y , w h i c hp l a c e da