一種管殼式換熱器殼程單相流動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雜幾何結構造成的流道縮小和流動阻力、傳熱效應，通過數(shù)值求解平均的流體質(zhì)量、動量、能量守恒方程，得到殼程流動和換熱的分布。對上述提到的三維數(shù)值模擬方法也有過類似的研究。但是由于換熱器大多體積龐大，內(nèi)部結構復雜，模型的網(wǎng)格處理比較復雜，且對計算機的配置要求高，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。   實驗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)的阻力和換熱實驗關聯(lián)式，并比較了相同管徑的波紋管和光管的換熱效果。

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。結果顯示，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。油田原穩(wěn)站油一油管殼式換熱器內(nèi)部結構復雜，結構尺寸大，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。

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，應當充分利用自旋流段低阻的特點對換熱器進行優(yōu)化。對復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，采用非結構化網(wǎng)格，分別選用層流和瑞流模型，數(shù)值計算得到復合波紋型板式換熱器內(nèi)部的速度場，以及復合波紋型板式換熱器在不同數(shù)范圍內(nèi)的換熱準則方程式和摩擦系數(shù)關系式，證明了用數(shù)值計算方法研究復合波紋型板式換熱器流動與換熱性能的可行性。東北大學的尹俊以乂為開發(fā)平臺，利用數(shù)據(jù)庫技術，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。東北大學的尹俊以乂為開發(fā)平臺，利用數(shù)據(jù)庫技術，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。

單弓形折流板管殼式換熱器物理模型復雜，因此選用適應性強的正四面體和金字塔形非結構化網(wǎng)格，使用GAMBIT劃分網(wǎng)格。網(wǎng)格的數(shù)量直接決定了計算速度和精度。網(wǎng)格過少，將不到流場的流動特性;網(wǎng)格過多，一方面會嚴重消耗計算機資源，另一方面大量的數(shù)值耗散積累會影響計算結果的正確性。所以進行網(wǎng)格的獨立性驗證時十分必要的。以一個單弓形折流板管殼式換熱器模型為例進行網(wǎng)格獨立性驗證。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;殼程為四面體網(wǎng)格，管程及殼程進出口管為六面體網(wǎng)格，終網(wǎng)格數(shù)量為I ,952,621個;由面到體依次畫網(wǎng)格，終網(wǎng)格數(shù)量為2,175,849個。結果顯示，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。后面兩套網(wǎng)格計算結果相差小于60%綜合考慮計算精度與計算花費，選取第二套網(wǎng)格:終網(wǎng)格數(shù)量為1,952,621個。

在換熱器整個殼程，固體砂子的體積分布整體比較均勻，為了數(shù)值模擬的方便，本課題忽略大粒徑固體砂局部沉積對其濃度分布的影響，將管殼式換熱器殼程內(nèi)部的結垢視為均勻結垢。油油管殼式換熱器運行一段時間后，殼程側表面會形成表面污塘層，由以上分析可知，認為其為均構。換熱器內(nèi)砂沉積對結垢位置的影響換熱器內(nèi)管壁結垢主要受其液體介質(zhì)含砂濃度的影響，對管殼式換熱器殼程流場進行了液一固兩相流數(shù)值模擬，根據(jù)模擬結果分析，確定換熱器的主要砂沉積位置。

本課題著重研究管殼式換熱器管壁結據(jù)對其傳熱性能的影響，且在實際生產(chǎn)過程中，中含砂率很低，所以在換熱器傳熱性能的影響研究中忽略了換熱器內(nèi)液固兩相流的影響，后續(xù)的數(shù)值模擬研宄中采用單相流模擬。對于單弓形折流板管殼式換熱器不同結據(jù)厚度的影響分析，鑒于本文所采用的物理模型特征，換熱管當量結坂厚度較小，為保證污據(jù)層網(wǎng)格質(zhì)量，模擬對計算機的要求非常高。而當量均拒只為分析結坂對換熱器傳熱性能的影響，本課題忽略結坂對換熱器內(nèi)部流場的影響，只考慮結塘對換熱面?zhèn)鳠嵝阅艿挠绊?。換熱器的復雜結構使換熱器局部產(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。