無論出現(xiàn)哪種管殼式冷凝器故障，都會降低換熱器的換熱效率，影響系統(tǒng)的正常運行。近年來，粗加工裝置換熱器內漏、結塘堵塞問題越來越突出，尤其換熱器，已嚴重影響裝置的平穩(wěn)運行。當換熱器傳熱進行一段時間后換熱器內的殼側溫度會達到飽和出現(xiàn)沸騰，沸騰產(chǎn)生的大量蒸汽在換熱器的“尖角”處聚，會對換熱器內流體的傳熱和流動特性產(chǎn)生影響。目前，原穩(wěn)站管殼式換熱器運行效果多人為經(jīng)驗判斷，不能及時準確地對運行效果、存在問題進行診斷。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。本課題通過研究油田用管殼式換熱器內部結塘及泄漏問題，建立換熱器運行傳熱與流動數(shù)學模型，分析換熱器管壁結拒及泄漏對換熱器換熱流動特性的影響，并根據(jù)現(xiàn)場運行參數(shù)，對換熱器的換熱性能指標進行算例分析，從而對換熱器設備檢修與維護提供參考，同時可為油田用管殼式換熱器的改造與設計提供借鑒思想。

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。數(shù)值計算可以得出換熱器內部的流場、溫度場及壓力等參數(shù)的分布，據(jù)此，可以詳細分析換熱器內管束結構等布置的合理性、換熱器的換熱情況、換熱性能等。   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。

對換熱器進行不同工況分析，研究不同工況下?lián)Q熱器的換熱性能。并編寫換熱器的沸騰用戶自定義（模型，將模型導入軟件。分析換熱器出現(xiàn)沸騰工況下內部蒸汽的流動情況，并根據(jù)對模擬結果的研究提出對換熱器的改進措施。假設入口來流的速度均勾分布，忽略重力影響，殼體壁面和折流板采用不可滲透、無滑移絕熱邊界。通過對模擬結果的分析可知，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果的分析。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自然循環(huán)的形成。當換熱器傳熱進行一段時間后換熱器內的殼側溫度會達到飽和出現(xiàn)沸騰，沸騰產(chǎn)生的大量蒸汽在換熱器的“尖角”處聚，會對換熱器內流體的傳熱和流動特性產(chǎn)生影響。

譽金機械運用CFD數(shù)值模擬方法，借助FLUENT數(shù)值模擬軟件對管殼式換熱器的三維模型進行模擬，通過對換熱器結垢和泄漏時的速度場、溫度場等分析，得出泄漏和結垢對換熱器流動傳熱性能的影響，為下一步利用熱工參數(shù)評價換熱器結垢和泄漏提供理論依據(jù)。通過對模擬結果的分析可知，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果的分析。主要內容如下:    

1.管壁污垢對管殼式換熱器流動傳熱性能的影響規(guī)律研究。    

(1)考慮管壁污垢傳熱的影響，建立管殼式換熱器的三維流動傳熱模型;

(2)研究油田原穩(wěn)站用油一油管殼式換熱器運行過程中，含砂對換熱器殼程流場分布的影響，研究殼程流場內的含砂量分布情況;     

(3)研究結垢厚度對管殼式換熱器流動傳熱性能的影響規(guī)律。

2.管殼式換熱器內部換熱面泄漏對換熱器流動傳熱性能的影響規(guī)律研究。      

(1)建立管殼式換熱器換熱面泄漏的三維流動傳熱物理模型:    

(2)研究泄漏口尺寸對管殼式換熱器流動傳熱性能的影響規(guī)律;    

(3)研究泄漏口位置沿換熱器管長方向變化對管殼式換熱器流動傳熱性能的影響規(guī)律;      

(4)研究泄漏口所在換熱管沿換熱器管徑方向變化對管殼式換熱器流動傳熱性能的影響規(guī)律;    

(5)研究泄漏口數(shù)量對管殼式換熱器流動傳熱性能的影響規(guī)律。