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(yùn)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。由于受到檢修周期及有效檢測手段的限制，換熱器在運(yùn)行過程缺乏對運(yùn)行狀態(tài)的準(zhǔn)確把握，換熱器不良運(yùn)行狀態(tài)以及運(yùn)行故障主要有以下幾種情況：壓降增大：造成原因主要包括：介質(zhì)不潔凈或顆粒雜物太多，使板片或管束結(jié)塘或流道堵塞。

冷凝器廠家主要研究內(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；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。對于單弓形折流板管殼式換熱器不同結(jié)據(jù)厚度的影響分析，鑒于本文所采用的物理模型特征，換熱管當(dāng)量結(jié)坂厚度較小，為保證污據(jù)層網(wǎng)格質(zhì)量，模擬對計算機(jī)的要求非常高。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(yùn)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。

一種管殼式換熱器殼程單相流動和傳熱的三維模擬方法，用體積多孔度、表面滲透度、分布阻力和分布熱源來考慮殼程復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)造成的流道縮小和流動阻力、傳熱效應(yīng)，通過數(shù)值求解平均的流體質(zhì)量、動量、能量守恒方程，得到殼程流動和換熱的分布。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。對上述提到的三維數(shù)值模擬方法也有過類似的研究。   實驗方法研究了空氣在具有3種不同管徑19,25. 32mm的波紋管內(nèi)的流動與換熱特性。管外壁采用電加熱，來模擬均勻熱流條件，測得了不同工況下各種管徑的平均對流換熱系數(shù)和阻力系數(shù)，擬合出了所測的參數(shù)范圍內(nèi)的阻力和換熱實驗關(guān)聯(lián)式，并比較了相同管徑的波紋管和光管的換熱效果。

但是由于換熱器大多體積龐大，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，模型的網(wǎng)格處理比較復(fù)雜，且對計算機(jī)的配置要求高，前人的研究分為兩種，首先是利用多孔介質(zhì)模型，或者模擬換熱器理想模型。數(shù)值模擬與實驗方法相比具有如下優(yōu)點：模擬能力強(qiáng)。由于單弓形折流板管殼式換熱器是復(fù)雜幾何體，網(wǎng)格劃分需要采用分塊劃分的方法，將整個模型劃分成入口段、出口段和殼程三部分，進(jìn)行網(wǎng)格劃分。計算機(jī)模擬技術(shù)既能模擬真實條件，又能模擬某些理想化的假定，拓寬了實驗研宄的范圍，便于分析各種情況下?lián)Q熱器的運(yùn)行特性，并減少了實驗的工作量。數(shù)據(jù)完整。數(shù)值計算可以得出換熱器內(nèi)部的流場、溫度場及壓力等參數(shù)的分布，據(jù)此，可以詳細(xì)分析換熱器內(nèi)管束結(jié)構(gòu)等布置的合理性、換熱器的換熱情況、換熱性能等。經(jīng)濟(jì)性好。利用計算機(jī)軟件數(shù)值計算的費用遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于實驗研究的費用。周期短。數(shù)值模擬所用的時間相對于實驗要少，方便從各種參數(shù)的匹配組合中快速選擇的方案。

采用的模型為大慶油田分公司原穩(wěn)站生產(chǎn)用油一油管殼式換熱器，內(nèi)部流通介質(zhì)為，內(nèi)部含有細(xì)沙等雜質(zhì)，這些雜質(zhì)也是導(dǎo)致?lián)Q熱器內(nèi)部結(jié)垢的主要因素。通過對模擬結(jié)果的分析可知，研究的自然循環(huán)換熱器能及時有效排出堆芯余熱，雖然模擬值和設(shè)計值之間有一定誤差，但是誤差很小不影響對換熱器模擬結(jié)果的分析。對于管殼式換熱器，換熱管直徑相對很小，數(shù)量眾多，容易發(fā)生堵塞和結(jié)垢，而且對換熱管的清洗和更換十分困難，管殼式換熱器管程內(nèi)部的流通介質(zhì)為比較清潔的流體。綜合油一油管殼式換熱器此特點，本課題著重研究換熱器殼程側(cè)的結(jié)垢。 

根據(jù)大慶油田分公司原穩(wěn)站油一油管殼式換熱器實體結(jié)構(gòu)尺寸，該換熱器內(nèi)部結(jié)構(gòu)極為復(fù)雜，折流板、換熱管數(shù)量眾多，換熱管直徑0.032m，殼程直徑1.4m，換熱器長度為1 Om。在換熱器整個殼程，固體砂子的體積分布整體比較均勻，為了數(shù)值模擬的方便，本課題忽略大粒徑固體砂局部沉積對其濃度分布的影響，將管殼式換熱器殼程內(nèi)部的結(jié)垢視為均勻結(jié)垢。換熱器體積巨大，換熱管直徑與換熱器長度的比值小，利用CFD前處理軟件對其進(jìn)行網(wǎng)格處理困難，網(wǎng)格數(shù)量太多，對計算機(jī)配置的要求非常高。