本課題主要研究原穩(wěn)站用油油管殼式換熱器的三維數(shù)值模擬，換熱器以含砂作為內(nèi)部換熱介質(zhì)，考慮換熱面結(jié)垢和泄漏的影響，建立管殼式換熱器結(jié)垢和泄漏的傳熱模型，借助軟件對換熱器溫度場、流場分布進(jìn)行模擬，分析結(jié)垢厚度、泄漏口尺寸、泄漏口位置、泄漏口數(shù)量對換熱器傳熱性能的影響，創(chuàng)新點如下：基于流體力學(xué)和傳熱學(xué)的流動和傳熱基本公式，建立了管殼式換熱器結(jié)垢和泄漏的理論預(yù)測數(shù)學(xué)模型，運用此模型解決了管殼式換熱器結(jié)垢及泄漏的理論預(yù)測分析?；诠軞な綋Q熱器進(jìn)出口動態(tài)參數(shù)一溫度、壓力等，對管殼式換熱器內(nèi)部故障進(jìn)行診斷評價研宄。

列管式油冷卻器主要研究內(nèi)容包括以下三部分：管壁污垢對管殼式換熱器流動傳熱性能的影響規(guī)律研宄；換熱面泄漏對管殼式換熱器流動傳熱性能的影響規(guī)律研究；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截面，其中，z=-0。基于管殼式換熱器進(jìn)出口動態(tài)參數(shù)一溫度、壓力等，對管殼式換熱器內(nèi)部故障進(jìn)行診斷評價研宄。本課題結(jié)合大慶油田分公司某大隊原穩(wěn)站用管殼式換熱器的運行特點，針對含砂油含砂油換熱器這一特殊介質(zhì)，借助軟件，在充分利用已有基本理論和研宄成果的基礎(chǔ)上，對管殼式換熱器結(jié)垢和泄漏進(jìn)行了流動傳熱的數(shù)值模擬，分析結(jié)垢和泄漏對換熱器流動傳熱性響，研宄結(jié)論對利用換熱器熱工參數(shù)檢測管壁結(jié)垢和泄漏具有一定的理論用。

De BF和Catalano LA等人近提出一個新型沉浸粒子換熱器，它使用非常小的固體顆粒作為中間媒介來執(zhí)行兩個氣體在不同的溫度之間流動的熱傳導(dǎo)，開發(fā)了一種一維模型的理論計算換熱管長度，確保規(guī)定的熱交換和評價粒子特性的影響;提供了一個數(shù)值程序設(shè)計優(yōu)化熱交換器的其他幾何參數(shù)，比如直徑和角度的入口和出口管道和粒子注入模式。對用于火力發(fā)電廠的換熱器，換熱溫度通常提供高于8000C，為了滿足這一條件，熱交換器應(yīng)該選區(qū)特殊的材料一一陶瓷，Monteiro DB等人門用CFD模擬來評估雷諾數(shù)在500到1500之間時傳熱因子和摩擦因子，比較了模擬結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)。國內(nèi)外己有的研究，對于管殼式換熱器內(nèi)漏問題的數(shù)值模擬研究相對較少。

對管殼式換熱器強化管外傳熱進(jìn)行了數(shù)值模擬研宄，提出并分析了一種新型的傳熱強化元件——旋流片作為管殼式換熱器管隙間支撐物的傳熱強化機理。在實驗基礎(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和傳熱特性，并采用分段綜合因子分析了傳熱強化的機理。結(jié)果顯示，旋流片能起到擾流作用，并使流體強烈地沖刷傳熱管壁面強化傳熱。對沉浸式污水換熱器的堵塞、結(jié)塘和腐燭問題進(jìn)行了研究，建立了沉浸式污水換熱器的傳熱模型，并通過實驗驗證了模型的準(zhǔn)確性。

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)值計算方法研究復(fù)合波紋型板式換熱器流動與換熱性能的可行性。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)，建立了獨立、幵放、數(shù)據(jù)共享、運行可靠的傳熱介質(zhì)物理性能數(shù)據(jù)庫，并實現(xiàn)了這些數(shù)據(jù)庫的動態(tài)查詢。分析換熱器出現(xiàn)沸騰工況下內(nèi)部蒸汽的流動情況，并根據(jù)對模擬結(jié)果的研究提出對換熱器的改進(jìn)措施。

單弓形折流板管殼式換熱器物理模型復(fù)雜，因此選用適應(yīng)性強的正四面體和金字塔形非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，使用GAMBIT劃分網(wǎng)格。網(wǎng)格的數(shù)量直接決定了計算速度和精度。網(wǎng)格過少，將不到流場的流動特性;網(wǎng)格過多，一方面會嚴(yán)重消耗計算機資源，另一方面大量的數(shù)值耗散積累會影響計算結(jié)果的正確性。所以進(jìn)行網(wǎng)格的獨立性驗證時十分必要的。以一個單弓形折流板管殼式換熱器模型為例進(jìn)行網(wǎng)格獨立性驗證。共三套網(wǎng)格:換熱器整體均為四面體，終網(wǎng)格數(shù)量為1,521,014個;殼程為四面體網(wǎng)格，管程及殼程進(jìn)出口管為六面體網(wǎng)格，終網(wǎng)格數(shù)量為I ,952,621個;由面到體依次畫網(wǎng)格，終網(wǎng)格數(shù)量為2,175,849個。后面兩套網(wǎng)格計算結(jié)果相差小于60%綜合考慮計算精度與計算花費，選取第二套網(wǎng)格:終網(wǎng)格數(shù)量為1,952,621個。并且，污垢中腐蝕性介質(zhì)腐蝕金屬管壁，導(dǎo)致其穿孔，即形成管殼式換熱器泄漏、致使物料污染。