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部換熱介質，考慮換熱面結垢和泄漏的影響，建立管殼式換熱器結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垢及泄漏的理論預測分析。為消除換熱器結據(jù)和泄漏造成的損失，油田管理部門每年都對換熱器進行清洗、堵漏作業(yè)，但目前尚無有效手段快速地評價換熱器的結塘和泄漏情況，導致需要針對每一臺換熱器進行處理，造成管理成本的增加。

列管式油冷卻器主要研究內容包括以下三部分：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，對管殼式換熱器內部故障進行診斷評價研宄。本課題結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，借助軟件，在充分利用已有基本理論和研宄成果的基礎上，對管殼式換熱器結垢和泄漏進行了流動傳熱的數(shù)值模擬，分析結垢和泄漏對換熱器流動傳熱性響，研宄結論對利用換熱器熱工參數(shù)檢測管壁結垢和泄漏具有一定的理論用。目前，原穩(wěn)站管殼式換熱器運行效果多人為經驗判斷，不能及時準確地對運行效果、存在問題進行診斷。

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?？焖儆行ёR別管殼式換熱器結垢和泄漏故障是縮短維修周期、降低更換換熱管件的基本保障，而管殼式換熱器結垢和泄漏的傳熱特性是開發(fā)相關技術的關鍵所在。   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。

管殼式換熱器運行過程中的速度矢量分布，在換熱器運行過程中，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介質流動方向的背部，固體砂的速度矢量值，大約為0. I m/s。這是由于折流板的阻擋作用，降低了砂的速度。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構參數(shù)進行了優(yōu)化分析研究。當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時更為明顯。當砂粒徑為0.4mm，換熱器運行穩(wěn)定時，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)占整個殼程的體積分數(shù)低于5%。

隨著結塘厚度的增加，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。采用單相水為工質，對扁管殼式換熱器進行了大量的實驗研究，分析管程流量，殼程流量等因素對其傳熱和阻力性能的影響。最終導致?lián)Q熱管程出口溫度升高，殼程出口溫度降低。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：隨著換熱面結塘厚度旳增加，換熱器的傳熱性能降低。且隨著結拒厚度的增加，換熱器傳熱性能的這種降低趨勢越發(fā)平緩。