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：基于流體力學和傳熱學的流動和傳熱基本公式，建立了管殼式換熱器結(jié)垢和泄漏的理論預測數(shù)學模型，運用此模型解決了管殼式換熱器結(jié)垢及泄漏的理論預測分析。采用計算流體軟件對連續(xù)型螺旋折流板換熱器的流動傳熱特性進行了數(shù)值模擬研究，對連續(xù)型螺旋折流板換熱器的結(jié)構(gòu)參數(shù)進行了優(yōu)化分析研究。

回流冷凝器主要研究內(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。四種針對換熱器焊縫泄漏的檢漏技術，分別為:碳黑一煤油滲透法、熒光檢驗法、著色探傷法、石灰一煤油滲透法，相比較而言，碳黑一煤油滲透法比傳統(tǒng)的檢漏方法具有簡便、快捷、費用低等優(yōu)點，對貫穿性缺陷的焊縫檢查速度快，效果好。

換熱器流動傳熱性能模擬和等人釆用多孔介質(zhì)模型對液態(tài)金屬換熱器和蒸汽發(fā)生器進行了數(shù)值模擬計算，并將得到的結(jié)果與試驗結(jié)果進行對比。考慮介質(zhì)在管束間流動各項異性的特點，在分布阻力和體積多孔度的基礎上，提出了表面滲透度的概念，將其與試驗結(jié)果進行對比，取得了理想的結(jié)果。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。采用多孔介質(zhì)模型，對電廠蒸汽冷凝器的工作特性進行了數(shù)值模擬計算。由于此模型的物理過程存在相變，導致模擬變得更加復雜，因而計算中采用了簡單的各向同性假設和一方程模型，并將其與試驗結(jié)果進行對比，結(jié)果吻合較好。

N Jiang和J Li對螺旋管式換熱器的壓力降進行了數(shù)值模擬研究。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傳熱特性，模擬不同進出口溫度和質(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，基于實驗數(shù)據(jù)，分析了不同努塞爾數(shù)和摩擦系數(shù)的相關性。但是，管殼式換熱器結(jié)垢對其內(nèi)部流動換熱性能影響的研究相對較少。Kotcioglu i和Nasiri KM等人應用理想換熱器模型進行數(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、放大和收縮時的溫度、速度和壓力分布圖。

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)垢和泄漏的理論預測模型進吝分析，給出預測模型應用誤差。換熱器管道的缺陷發(fā)生在支撐板附近，已成為鐵磁性換熱管重點監(jiān)測區(qū)域。    油田原穩(wěn)站油一油管殼式換熱器內(nèi)部結(jié)構(gòu)復雜，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。考慮管壁污垢傳熱的影響，將污垢當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。因此，換熱器在線檢測技術開發(fā)與應用是提高粗加工裝置運行安全性的手段之一。在此基礎上，建立了管殼式換熱器內(nèi)兩相流(油一砂)數(shù)學模型一混合模型，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。

隨著結(jié)塘厚度的增加，換熱器管程出口溫度升高，殼程出口溫度降低。由于換熱面污據(jù)的存在，增大了換熱面的導熱熱阻，減小了其導熱系數(shù)，使管殼程的傳熱系數(shù)降低，從而影響了換熱器的換熱性能。最終導致?lián)Q熱管程出口溫度升高，殼程出口溫度降低。殼程為沙子和的兩相流動，沙子的粒徑根據(jù)現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)大約在0。采用換熱器的傳熱系數(shù)作為換熱器換熱效果的評價標準，以此來對比各組結(jié)坂工況的換熱器傳熱性能。隨著污振厚度的增加，換熱器的傳熱系數(shù)降低，這是由于污塘的存在，導致了換熱面的導熱熱阻增加，導熱系數(shù)減小，導致的換熱器傳熱系數(shù)降低，換熱效率減小。這說明：隨著換熱面結(jié)塘厚度旳增加，換熱器的傳熱性能降低。且隨著結(jié)拒厚度的增加，換熱器傳熱性能的這種降低趨勢越發(fā)平緩。