換熱器是油田化工和其他許多工業(yè)部門廣泛應(yīng)用的一種通用工藝設(shè)備，其中管殼式換熱器在石油化工行業(yè)中應(yīng)用尤為廣泛。而管殼式換熱器成本較高，其熱工性能決定著后期運(yùn)行成本。為此，國內(nèi)外眾多學(xué)者對其流動(dòng)傳熱進(jìn)行了大量的研究。大慶油田擁有大量的管殼式換熱器，其性能直接影響的處理過程和油田節(jié)能減排的落實(shí)程度，而隨著含水率增加，換熱器結(jié)據(jù)率明顯，易造成其壁面的結(jié)塘甚至堵塞，并且由于污拒會(huì)對換熱器材料腐蝕，容易導(dǎo)致壁面穿孔造成物料泄漏和損失，甚至產(chǎn)生隱患。對同軸徑向熱管換熱器殼程進(jìn)行模擬計(jì)算，分析煙，速度、溫度及局部對流換熱系數(shù)沿殼程的變化規(guī)律，并尋求換熱器結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化值。為消除換熱器結(jié)據(jù)和泄漏造成的損失，油田管理部門每年都對換熱器進(jìn)行清洗、堵漏作業(yè)，但目前尚無有效手段快速地評價(jià)換熱器的結(jié)塘和泄漏情況，導(dǎo)致需要針對每一臺換熱器進(jìn)行處理，造成管理成本的增加。而管殼式換熱器的流動(dòng)傳熱特性是評價(jià)其結(jié)塘、池漏的關(guān)鍵，也是進(jìn)行有效預(yù)測的前提條件。

對管殼式換熱器強(qiáng)化管外傳熱進(jìn)行了數(shù)值模擬研宄，提出并分析了一種新型的傳熱強(qiáng)化元件——旋流片作為管殼式換熱器管隙間支撐物的傳熱強(qiáng)化機(jī)理。在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，采用周期性單元流道模型數(shù)值模擬了旋流片產(chǎn)生的衰減性自旋流的流動(dòng)和傳熱特性，并采用分段綜合因子分析了傳熱強(qiáng)化的機(jī)理。隨著結(jié)塘厚度的增加，換熱器管程出口溫度升高，殼程出口溫度降低。結(jié)果顯示，旋流片能起到擾流作用，并使流體強(qiáng)烈地沖刷傳熱管壁面強(qiáng)化傳熱。

有旋流片段的綜合因子，尾流段的綜合因子接近于，在自旋流段的綜合因子，應(yīng)當(dāng)充分利用自旋流段低阻的特點(diǎn)對換熱器進(jìn)行優(yōu)化。對復(fù)合波紋板片的板式換熱器的換熱阻力特性進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，采用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，分別選用層流和瑞流模型，數(shù)值計(jì)算得到復(fù)合波紋型板式換熱器內(nèi)部的速度場，以及復(fù)合波紋型板式換熱器在不同數(shù)范圍內(nèi)的換熱準(zhǔn)則方程式和摩擦系數(shù)關(guān)系式，證明了用數(shù)值計(jì)算方法研究復(fù)合波紋型板式換熱器流動(dòng)與換熱性能的可行性。2mm的流動(dòng)能很好的帶動(dòng)砂流動(dòng)，導(dǎo)致?lián)Q熱器整個(gè)砂的體積分布較均勻，整個(gè)殼程的含砂量都較小，接近入2類石油。東北大學(xué)的尹俊以乂為開發(fā)平臺，利用數(shù)據(jù)庫技術(shù)，建立了獨(dú)立、幵放、數(shù)據(jù)共享、運(yùn)行可靠的傳熱介質(zhì)物理性能數(shù)據(jù)庫，并實(shí)現(xiàn)了這些數(shù)據(jù)庫的動(dòng)態(tài)查詢。

換熱器內(nèi)砂沉積對結(jié)垢位置的影響    

換熱器內(nèi)管壁結(jié)垢主要受其液體介質(zhì)含砂濃度的影響，對管殼式換熱器殼程流場進(jìn)行了液一固兩相流數(shù)值模擬，根據(jù)模擬結(jié)果分析，確定換熱器的主要砂沉積位置。殼程為沙子和的兩相流動(dòng)，沙子的粒徑根據(jù)現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)大約在0.2mm-O.}mm之間。本次研究選用沙子粒徑為0.2mm和0.4tn m，沙子的體積分?jǐn)?shù)選為10%，殼程進(jìn)口流速為0.7m/s，對管殼式換熱器的殼程流場進(jìn)行數(shù)值模擬。通過工程實(shí)例，揖出了中等流速對系統(tǒng)節(jié)能和經(jīng)濟(jì)性都有利，而當(dāng)流速較低時(shí)需進(jìn)行及時(shí)除塘。砂子體積分布的位置選取結(jié)果為沿?fù)Q熱器管長方向的四個(gè)截面，其中，z=-0.7n:為管殼式換熱器殼程出I:l處的一個(gè)截而，z二一0.39m與z=0.016m為靠近管殼式換熱器折流板的一個(gè)截面，z=0.7m為管殼式換熱器殼程入I-I處的一個(gè)截面。