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。對換熱器殼側(cè)的速度場進行研究，分析換熱器的結(jié)構(gòu)對自然循環(huán)的影響，并提出相關(guān)的意見對換熱器進行優(yōu)化分析。

冷凝器制造廠家主要研究內(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。順著折流板走向，換熱器殼程內(nèi)砂的速度矢量值相比較大，在Im/s至1。

對管殼式換熱器強化管外傳熱進行了數(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。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。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。

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。西安交通大學(xué)采用逐步放開流路的方法，應(yīng)用空氣一水兩相混合物研究了泄漏與旁路對殼側(cè)流型及流型轉(zhuǎn)變特性的影響。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。

對換熱器進行不同工況分析，研究不同工況下?lián)Q熱器的換熱性能。并編寫換熱器的沸騰用戶自定義（模型，將模型導(dǎo)入軟件。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措施。管殼式換熱器作為重要的換熱設(shè)備，在石油化工生產(chǎn)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，其換熱性能對這些領(lǐng)域的工藝流程影響較大。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。換熱器的復(fù)雜結(jié)構(gòu)使換熱器局部產(chǎn)生了“傳熱死區(qū)”和“流動死區(qū)”，這些死區(qū)的存在影響了換熱器內(nèi)自然循環(huán)的形成。當(dāng)換熱器傳熱進行一段時間后換熱器內(nèi)的殼側(cè)溫度會達到飽和出現(xiàn)沸騰，沸騰產(chǎn)生的大量蒸汽在換熱器的“尖角”處聚，會對換熱器內(nèi)流體的傳熱和流動特性產(chǎn)生影響。

基于進出口動態(tài)參數(shù)的管殼式換熱器內(nèi)部故障診斷預(yù)測研究。      

(1)基于進出口動態(tài)參數(shù)，建立管殼式換熱器結(jié)垢厚度和泄漏量的理論評價模型，給出評價模型的求解方式;    

(2)基于分公司某大隊管殼式換熱器運行過程中的進出口動態(tài)參數(shù)，分析換熱器內(nèi)部運行狀況，利用管殼式換熱器結(jié)垢和泄漏的理論預(yù)測模型進吝分析，給出預(yù)測模型應(yīng)用誤差。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。    油田原穩(wěn)站油一油管殼式換熱器內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，結(jié)構(gòu)尺寸大，采用數(shù)值模擬研究時，對計算機配置要求較高，采用CFD前處理軟件很難對現(xiàn)場實際模型進行網(wǎng)格劃分，為便于研究分析，本課題在研究的過程中，對現(xiàn)場實際換熱器進行模型簡化處理。    

本文主要研究管壁污垢對管殼式換熱器流動傳熱性能的影響規(guī)律?？紤]管壁污垢傳熱的影響，將污垢當(dāng)量到管殼式換熱器的換熱管壁，建立管殼式換熱器的三維流動傳熱模型。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。在此基礎(chǔ)上，建立了管殼式換熱器內(nèi)兩相流(油一砂)數(shù)學(xué)模型一混合模型，包括質(zhì)量守恒方程、混合模型的動量方程、第二相的體積分數(shù)方程、相對(滑流)速度和漂移速度方程，采用有限體積法離散模型，使用穩(wěn)態(tài)、隱式、分離式求解器，基于交錯網(wǎng)格的SIMPLE算法解決速度壓力藕合問題，研究中砂對換熱器殼程流場的影響，并分析結(jié)垢厚度對管殼式換熱器管程、殼程出口溫度和傳熱系數(shù)等參數(shù)的影響。