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(jī)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(jìn)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(jìn)行模型簡化處理。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。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傳熱特性是評價其結(jié)塘、池漏的關(guān)鍵，也是進(jìn)行有效預(yù)測的前提條件。

建立了一種復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型，用于預(yù)測套管式換熱器內(nèi)流體的流動及傳熱特性的數(shù)學(xué)模型，包括計算流體力學(xué)模型和計算傳熱學(xué)模型。當(dāng)換熱器傳熱進(jìn)行一段時間后換熱器內(nèi)的殼側(cè)溫度會達(dá)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。其中，計算傳熱學(xué)模型中的瑞流擴(kuò)散系數(shù)是利用溫度方差和溫度方差耗散率來求解，而不是利用通常采用的數(shù)假設(shè)值或?qū)嶒灉y定值來求解。分析換熱器的物理模型，對模型進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮喕?，分別對換熱器的管側(cè)和殼側(cè)的溫度場進(jìn)行分析，研宄傳熱管束內(nèi)部的傳熱過程，同時分析換熱器殼側(cè)不同位置處的換熱情況。對換熱器的出口平均溫度進(jìn)行分析，分析出口平均溫度與設(shè)計溫度之間的誤差，評價換熱器的換熱性能。對換熱器殼側(cè)的速度場進(jìn)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(jìn)行優(yōu)化分析。

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)。建立了一種復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型，用于預(yù)測套管式換熱器內(nèi)流體的流動及傳熱特性的數(shù)學(xué)模型，包括計算流體力學(xué)模型和計算傳熱學(xué)模型。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。

管殼式換熱器運(yùn)行過程中的速度矢量分布，在換熱器運(yùn)行過程中，換熱器殼程入口段的速度矢量值在0.5m/s;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I m/s至1.4m/s之問變化，在折流板!幾方的砂速度;在折流板逆向換熱器殼程內(nèi)介質(zhì)流動方向的背部，固體砂的速度矢暈值，人約為0.1m/s這是由T一折流板的阻擋作川，降低一r砂的速度當(dāng)砂粒徑較大，質(zhì)較大時，砂容易在速度降低區(qū)域形成砂分沉積。DeBF和CatalanoLA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。砂粒徑0.2mm時，管殼式換熱器模擬運(yùn)行達(dá)到穩(wěn)定的情沉下，換熱器殼程內(nèi)沿?fù)Q熱器管民方向各個截而的砂體積分情況。山于此時管殼式換熱器殼程內(nèi)部流通介質(zhì)含的砂粒徑非常小，為0.2mm的流動能很好的帶動砂流動，導(dǎo)致?lián)Q熱器整個砂的體積分布較均勻，整個殼程的含砂量都較小，接近入2類石油。