管壳式换热器作为换热器的一种被广泛应用于石油化工领域,也是目前炼油化工生产中应用最为广泛的一种。近年来,随着炼油化工行业的不断发展,管壳式换热器也不断趋于大型化,其对管板直径以及相应结构的厚度也随之增加,使得设计人员对于管壳式换热器的设计难度不断增大。因此,针对目前存在的问题,本论文提出了一种组合管板式扇环形换热器结构,采用有限元分析的方法建立了组合式扇环形管板模型,对换热器管板进行了应力分析、变形分析及流固耦合分析,并对扇形管板进行了优化设计。本论文研究内容对于组合式扇环形管板的设计具有重要的参考价值。论文主要研究内容如下:（1）分析了现有的扇环形管板式换热器结构,提出了采用分块式扇环形管板替代整体管板的设计思路,通过减小管板的当量尺寸,进而降低管板的厚度和生产难度。介绍了组合式扇环形管板换热器模型结构,并确定了具体的尺寸方案和参数条件,为产品的生产、应用及后续开发提供了可靠的技术支持。（2）本文采用有限元分析方法,使用ANSYS软件对不同尺寸的扇环形管板开孔所造成的应力集中情况进行了数值模拟,并与未开孔扇环形板的应力分布情况进行对比,得到了扇环形管板开孔时应力集中系数与几何尺寸的关系。（3）采用ANSYS软件对不同尺寸的扇环形管板进行了变形分析。分析结果表明,在远离扇环形管板边界支撑处的中心区域变形最大,开孔时扇环形管板的变形量要明显小于未开孔的扇环形管板变形量,开孔对管板变形具有明显的削弱效应。（4）采用Fluent软件对扇环形管板换热器的管板及管箱进行了流固耦合数值模拟,计算得到了管板和管箱处的温度场、压力场及流体流速分布,同时计算了操作工况下的管箱和管板的应力强度,并采用应力线性化分析的方法,依据JB4732《钢制压力容器——分析设计标准》进行了强度校核。（5）对扇环形管板的厚度进行了优化设计,随着管板厚度增加管板内外温差增加,管程侧最高温度有明显的增加,壳程侧最低温度也相应增加,其温差应力会随着管板厚度增加有明显的先下降后增加的变化,优化后的管板峰值应力明显减小,经过。在边界条件不变的情况下由管板优化分析的结果表明最优管板厚度为47.5mm。