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。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(guò)程和油田節(jié)能減排的落實(shí)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(huì)對(duì)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。

列管式油冷卻器主要研究?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；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。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。

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。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(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者對(duì)其流動(dòng)傳熱進(jìn)行了大量的研究。2mm的流動(dòng)能很好的帶動(dòng)砂流動(dòng)，導(dǎo)致?lián)Q熱器整個(gè)砂的體積分布較均勻，整個(gè)殼程的含砂量都較小，接近入2類石油。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(guò)程和油田節(jié)能減排的落實(shí)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(huì)對(duì)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(duì)換熱器進(jìn)行清洗、堵漏作業(yè)，但目前尚無(wú)有效手段快速地評(píng)價(jià)換熱器的結(jié)塘和泄漏情況，導(dǎo)致需要針對(duì)每一臺(tái)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(dòng)傳熱特性是評(píng)價(jià)其結(jié)塘、池漏的關(guān)鍵，也是進(jìn)行有效預(yù)測(cè)的前提條件。

無(wú)論出現(xiàn)哪種列管式油冷卻器故障，都會(huì)降低換熱器的換熱效率，影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。近年來(lái)，粗加工裝置換熱器內(nèi)漏、結(jié)塘堵塞問(wèn)題越來(lái)越突出，尤其換熱器，已嚴(yán)重影響裝置的平穩(wěn)運(yùn)行。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(duì)運(yùn)行效果、存在問(wèn)題進(jìn)行診斷。對(duì)換熱器殼側(cè)的速度場(chǎng)進(jìn)行研究，分析換熱器的結(jié)構(gòu)對(duì)自然循環(huán)的影響，并提出相關(guān)的意見(jiàn)對(duì)換熱器進(jìn)行優(yōu)化分析。因此，換熱器在線檢測(cè)技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用是提高粗加工裝置運(yùn)行安全性的手段之一。本課題通過(guò)研究油田用管殼式換熱器內(nèi)部結(jié)塘及泄漏問(wèn)題，建立換熱器運(yùn)行傳熱與流動(dòng)數(shù)學(xué)模型，分析換熱器管壁結(jié)拒及泄漏對(duì)換熱器換熱流動(dòng)特性的影響，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行參數(shù)，對(duì)換熱器的換熱性能指標(biāo)進(jìn)行算例分析，從而對(duì)換熱器設(shè)備檢修與維護(hù)提供參考，同時(shí)可為油田用管殼式換熱器的改造與設(shè)計(jì)提供借鑒思想。

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?？紤]介質(zhì)在管束間流動(dòng)各項(xiàng)異性的特點(diǎn)，在分布阻力和體積多孔度的基礎(chǔ)上，提出了表面滲透度的概念，將其與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，取得了理想的結(jié)果。對(duì)于管殼式換熱器的流動(dòng)傳熱特性，綜合以上，將己有的研究分為三部分:(1)利用FLUENT數(shù)值模擬軟件對(duì)管殼式換熱器進(jìn)行數(shù)值模擬，得到了符合實(shí)際的換熱器流動(dòng)傳熱性能。采用多孔介質(zhì)模型，對(duì)電廠蒸汽冷凝器的工作特性進(jìn)行了數(shù)值模擬計(jì)算。由于此模型的物理過(guò)程存在相變，導(dǎo)致模擬變得更加復(fù)雜，因而計(jì)算中采用了簡(jiǎn)單的各向同性假設(shè)和一方程模型，并將其與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果吻合較好。

N Jiang和J Li對(duì)螺旋管式換熱器的壓力降進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。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(zhǎng)時(shí)間沖刷所至。Ozkaya和Aradag等人[4]利用CFD軟件數(shù)值模擬研究了V字形密封板式換熱器的流動(dòng)傳熱特性，模擬不同進(jìn)出口溫度和質(zhì)量流率的工況，得到了換熱器冷端和熱端的出口溫度和壓降，基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析了不同努塞爾數(shù)和摩擦系數(shù)的相關(guān)性。Kotcioglu i和Nasiri KM等人應(yīng)用理想換熱器模型進(jìn)行數(shù)值模擬研究，使用修改后的k-‘湍流模型，得到矩形通道板翅縱向打斷、放大和收縮時(shí)的溫度、速度和壓力分布圖。