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(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。此外還和流體的流動(dòng)速度有關(guān)，介質(zhì)粘性越強(qiáng)、循環(huán)（流動(dòng)）越慢，則壓降越大。

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(dòng)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(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，對管殼式換熱器內(nèi)部故障進(jìn)行診斷評價(jià)研宄。對同軸徑向熱管換熱器殼程進(jìn)行模擬計(jì)算，分析煙，速度、溫度及局部對流換熱系數(shù)沿殼程的變化規(guī)律，并尋求換熱器結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化值。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(dòng)傳熱的數(shù)值模擬，分析結(jié)垢和泄漏對換熱器流動(dòng)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(dòng)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(dòng)阻力、傳熱效應(yīng)，通過數(shù)值求解平均的流體質(zhì)量、動(dòng)量、能量守恒方程，得到殼程流動(dòng)和換熱的分布。目前，原穩(wěn)站管殼式換熱器運(yùn)行效果多人為經(jīng)驗(yàn)判斷，不能及時(shí)準(zhǔn)確地對運(yùn)行效果、存在問題進(jìn)行診斷。對上述提到的三維數(shù)值模擬方法也有過類似的研究。   實(shí)驗(yàn)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(dòng)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(shí)驗(yàn)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。

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(qiáng)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。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(dòng)及傳熱特性的數(shù)學(xué)模型，包括計(jì)算流體力學(xué)模型和計(jì)算傳熱學(xué)模型。網(wǎng)格的數(shù)量直接決定了計(jì)算速度和精度。網(wǎng)格過少，將不到流場的流動(dòng)特性;網(wǎng)格過多，一方面會(huì)嚴(yán)重消耗計(jì)算機(jī)資源，另一方面大量的數(shù)值耗散積累會(huì)影響計(jì)算結(jié)果的正確性。所以進(jìn)行網(wǎng)格的獨(dú)立性驗(yàn)證時(shí)十分必要的。以一個(gè)單弓形折流板管殼式換熱器模型為例進(jìn)行網(wǎng)格獨(dú)立性驗(yàn)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(gè);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(gè);由面到體依次畫網(wǎng)格，終網(wǎng)格數(shù)量為2,175,849個(gè)。后面兩套網(wǎng)格計(jì)算結(jié)果相差小于60%綜合考慮計(jì)算精度與計(jì)算花費(fèi)，選取第二套網(wǎng)格:終網(wǎng)格數(shù)量為1,952,621個(gè)。

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0.4m/s;川頁著折流板走向，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。泄漏：造成此原因多為密封塾片老化或者密封墊片材質(zhì)選用不適，也可能是各夾緊螺桿的螺母松脫以及一些腐蝕性、氧化性很強(qiáng)旳物料長時(shí)間沖刷所至。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%。