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。對(duì)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(jié)構(gòu)復(fù)雜，模型的網(wǎng)格處理比較復(fù)雜，且對(duì)計(jì)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。   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(duì)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。

對(duì)管殼式換熱器強(qiáng)化管外傳熱進(jìn)行了數(shù)值模擬研宄，提出并分析了一種新型的傳熱強(qiáng)化元件——旋流片作為管殼式換熱器管隙間支撐物的傳熱強(qiáng)化機(jī)理。在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)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(dòng)和傳熱特性，并采用分段綜合因子分析了傳熱強(qiáng)化的機(jī)理。結(jié)果顯示，旋流片能起到擾流作用，并使流體強(qiáng)烈地沖刷傳熱管壁面強(qiáng)化傳熱。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(shí)，對(duì)計(jì)算機(jī)配置要求較高，采用CFD前處理軟件很難對(duì)現(xiàn)場實(shí)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(duì)現(xiàn)場實(shí)際換熱器進(jìn)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(yīng)當(dāng)充分利用自旋流段低阻的特點(diǎn)對(duì)換熱器進(jìn)行優(yōu)化。對(duì)復(fù)合波紋板片的板式換熱器的換熱阻力特性進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，采用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，分別選用層流和瑞流模型，數(shù)值計(jì)算得到復(fù)合波紋型板式換熱器內(nèi)部的速度場，以及復(fù)合波紋型板式換熱器在不同數(shù)范圍內(nèi)的換熱準(zhǔn)則方程式和摩擦系數(shù)關(guān)系式，證明了用數(shù)值計(jì)算方法研究復(fù)合波紋型板式換熱器流動(dòng)與換熱性能的可行性。東北大學(xué)的尹俊以乂為開發(fā)平臺(tái)，利用數(shù)據(jù)庫技術(shù)，建立了獨(dú)立、幵放、數(shù)據(jù)共享、運(yùn)行可靠的傳熱介質(zhì)物理性能數(shù)據(jù)庫，并實(shí)現(xiàn)了這些數(shù)據(jù)庫的動(dòng)態(tài)查詢。東北大學(xué)的尹俊以乂為開發(fā)平臺(tái)，利用數(shù)據(jù)庫技術(shù)，建立了獨(dú)立、幵放、數(shù)據(jù)共享、運(yùn)行可靠的傳熱介質(zhì)物理性能數(shù)據(jù)庫，并實(shí)現(xiàn)了這些數(shù)據(jù)庫的動(dòng)態(tài)查詢。

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。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)。結(jié)果顯示，旋流片能起到擾流作用，并使流體強(qiáng)烈地沖刷傳熱管壁面強(qiáng)化傳熱。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)。

在換熱器整個(gè)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(duì)其濃度分布的影響，將管殼式換熱器殼程內(nèi)部的結(jié)垢視為均勻結(jié)垢。油油管殼式換熱器運(yùn)行一段時(shí)間后，殼程側(cè)表面會(huì)形成表面污塘層，由以上分析可知，認(rèn)為其為均構(gòu)。換熱器內(nèi)砂沉積對(duì)結(jié)垢位置的影響換熱器內(nèi)管壁結(jié)垢主要受其液體介質(zhì)含砂濃度的影響，對(duì)管殼式換熱器殼程流場進(jìn)行了液一固兩相流數(shù)值模擬，根據(jù)模擬結(jié)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(jié)據(jù)對(duì)其傳熱性能的影響，且在實(shí)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(duì)于單弓形折流板管殼式換熱器不同結(jié)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(dāng)量結(jié)坂厚度較小，為保證污據(jù)層網(wǎng)格質(zhì)量，模擬對(duì)計(jì)算機(jī)的要求非常高。而當(dāng)量均拒只為分析結(jié)坂對(duì)換熱器傳熱性能的影響，本課題忽略結(jié)坂對(duì)換熱器內(nèi)部流場的影響，只考慮結(jié)塘對(duì)換熱面?zhèn)鳠嵝阅艿挠绊?。換熱器的復(fù)雜結(jié)構(gòu)使換熱器局部產(chǎn)生了“傳熱死區(qū)”和“流動(dòng)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。