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(duì)換熱器溫度場(chǎng)、流場(chǎng)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(duì)換熱器傳熱性能的影響，創(chuàng)新點(diǎn)如下：基于流體力學(xué)和傳熱學(xué)的流動(dòng)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(cè)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(cè)分析。換熱器流動(dòng)傳熱性能模擬和等人釆用多孔介質(zhì)模型對(duì)液態(tài)金屬換熱器和蒸汽發(fā)生器進(jìn)行了數(shù)值模擬計(jì)算，并將得到的結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。

殼管式冷凝器主要研究?jī)?nèi)容包括以下三部分：管壁污垢對(duì)管殼式換熱器流動(dòng)傳熱性能的影響規(guī)律研宄；通過(guò)對(duì)換熱器工況進(jìn)行模擬計(jì)算，分析了泄漏情況下?lián)Q熱器溫度參數(shù)的變化情況，在此基礎(chǔ)上提出了通過(guò)分析換熱器管程和殼程溫度變化來(lái)判斷換熱器泄漏及泄漏程度的方法。換熱面泄漏對(duì)管殼式換熱器流動(dòng)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(dòng)態(tài)參數(shù)一溫度、壓力等，對(duì)管殼式換熱器內(nèi)部故障進(jìn)行診斷評(píng)價(jià)研宄。本課題結(jié)合大慶油田分公司某大隊(duì)原穩(wěn)站用管殼式換熱器的運(yùn)行特點(diǎn)，針對(duì)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(duì)管殼式換熱器結(jié)垢和泄漏進(jìn)行了流動(dòng)傳熱的數(shù)值模擬，分析結(jié)垢和泄漏對(duì)換熱器流動(dòng)傳熱性響，研宄結(jié)論對(duì)利用換熱器熱工參數(shù)檢測(cè)管壁結(jié)垢和泄漏具有一定的理論用。

殼管式冷凝器采用有限體積法計(jì)算模擬流動(dòng)傳熱過(guò)程的基本理論和方法，揭示了三葉孔板換熱器殼側(cè)傳熱強(qiáng)化的物理機(jī)制，數(shù)值模擬還表明在本次研究范圍之內(nèi)，改變?nèi)~孔板板距對(duì)殼側(cè)強(qiáng)化傳熱速率影響不明顯，但對(duì)流動(dòng)阻力和綜合性能的影響較大。瑞流模型對(duì)殼程流體流動(dòng)與傳熱進(jìn)行了數(shù)值研究，分析了三葉孔板換熱器殼程流動(dòng)與傳熱特性。流經(jīng)塊支撐板后，流體已充分發(fā)展，并且隨著殼程結(jié)構(gòu)周期性變化，傳熱與壓降也呈現(xiàn)周期性變化。上海交通大學(xué)的曾偉平在研究板式換熱器的換熱和壓降過(guò)程中，先從單相流在板式換熱器流動(dòng)出發(fā)，建立了單相的換熱和壓降模型，獲得某種具體板型的換熱及壓降關(guān)聯(lián)式系數(shù)，提出兩相流在板式換熱器中換熱的換熱關(guān)聯(lián)式和壓降公式。在支撐板附近，流體流速變大，形成射流，并且由于支撐板阻擋，在支撐板前面和尾部產(chǎn)生二次流，能有效沖刷管壁，減薄流動(dòng)邊界層，起到強(qiáng)化傳熱作用。

濰坊譽(yù)金機(jī)械對(duì)原穩(wěn)站油行山管殼式換熱器實(shí)體模型進(jìn)行簡(jiǎn)化建模，同時(shí)兼顧課題研究的準(zhǔn)確性和經(jīng)濟(jì)性。      

(1)建模時(shí)保留了折流板，考慮折流板對(duì)殼程流體流動(dòng)和傳熱的影響。      

(2)對(duì)于傳熱管壁和折流板的處理采用了FLUEN丁中的薄壁模型，在后續(xù)的邊界條件設(shè)置時(shí)可以設(shè)定一個(gè)給定的壁厚，這樣減少了網(wǎng)格數(shù)量。      

(3)管束的_l幾封頭和下封頭沒(méi)有參與整個(gè)換熱器的傳熱和流動(dòng)，不影響數(shù)值計(jì)算的結(jié)果，因此在建模時(shí)將上封頭和下封頭進(jìn)行簡(jiǎn)化處理。    在對(duì)換熱器結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模時(shí)，考慮換熱器入日和出口部分對(duì)于一換熱器殼程整體流動(dòng)特性的影響。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(gè)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。油油管殼式換熱器運(yùn)行一段時(shí)間后，殼程側(cè)表面會(huì)形成表面污塘層，由以上分析可知，認(rèn)為其為均構(gòu)。網(wǎng)格為非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，采用劃分的四面體和金字塔網(wǎng)格。

管殼式換熱器運(yùn)行過(guò)程中的速度矢量分布，在換熱器運(yùn)行過(guò)程中，換熱器殼程入口段的速度矢量值在0.4m/s;川頁(yè)著折流板走向，換熱器殼程內(nèi)砂的速度矢量值在0.6m/s至2m/s之間變化，在折流板上方的砂速度;在折流板逆向換熱器殼程內(nèi)介質(zhì)流動(dòng)方向的背部，固體砂的速度矢量值，大約為0. I m/s。隨著污振厚度的增加，換熱器的傳熱系數(shù)降低，這是由于污塘的存在，導(dǎo)致了換熱面的導(dǎo)熱熱阻增加，導(dǎo)熱系數(shù)減小，導(dǎo)致的換熱器傳熱系數(shù)降低，換熱效率減小。這是由于折流板的阻擋作用，降低了砂的速度。當(dāng)砂粒徑較大更容易在速度降低區(qū)域形成砂沉積，衛(wèi)比砂粒徑0.2m m時(shí)更為明顯。當(dāng)砂粒徑為0.4mm，換熱器運(yùn)行穩(wěn)定時(shí)，管殼式換熱器殼程入u處的含砂率較高，大約在so%左右，殼程整體砂體積變化范圍在5%-20%之間，由于本次分析的砂粒徑較大，為0.4mm，故在殼程折流板根部有少量砂沉積，但沉積區(qū)占整個(gè)殼程的體積分?jǐn)?shù)低于5%。