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(jìn)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(xué)和傳熱學(xué)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(yù)測數(shù)學(xué)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(yù)測分析。網(wǎng)格過多，一方面會嚴(yán)重消耗計算機(jī)資源，另一方面大量的數(shù)值耗散積累會影響計算結(jié)果的正確性。

列管式油冷卻器主要研究內(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；為消除換熱器結(jié)據(jù)和泄漏造成的損失，油田管理部門每年都對換熱器進(jìn)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(jié)塘和泄漏情況，導(dǎo)致需要針對每一臺換熱器進(jìn)行處理，造成管理成本的增加。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(jìn)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(jìn)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(chǔ)上，對管殼式換熱器結(jié)垢和泄漏進(jìn)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。

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(jìn)行了數(shù)值模擬計算，并將得到的結(jié)果與試驗結(jié)果進(jìn)行對比?？紤]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(chǔ)上，提出了表面滲透度的概念，將其與試驗結(jié)果進(jìn)行對比，取得了理想的結(jié)果。采用多孔介質(zhì)模型，對電廠蒸汽冷凝器的工作特性進(jìn)行了數(shù)值模擬計算。計算機(jī)模擬技術(shù)既能模擬真實條件，又能模擬某些理想化的假定，拓寬了實驗研宄的范圍，便于分析各種情況下?lián)Q熱器的運行特性，并減少了實驗的工作量。由于此模型的物理過程存在相變，導(dǎo)致模擬變得更加復(fù)雜，因而計算中采用了簡單的各向同性假設(shè)和一方程模型，并將其與試驗結(jié)果進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(guān)性。由于換熱面污據(jù)的存在，增大了換熱面的導(dǎo)熱熱阻，減小了其導(dǎo)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。Kotcioglu i和Nasiri KM等人應(yīng)用理想換熱器模型進(jìn)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。

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，且對計算機(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。數(shù)值模擬與實驗方法相比具有如下優(yōu)點：模擬能力強(qiáng)。計算機(jī)模擬技術(shù)既能模擬真實條件，又能模擬某些理想化的假定，拓寬了實驗研宄的范圍，便于分析各種情況下?lián)Q熱器的運行特性，并減少了實驗的工作量。數(shù)據(jù)完整。數(shù)值計算可以得出換熱器內(nèi)部的流場、溫度場及壓力等參數(shù)的分布，據(jù)此，可以詳細(xì)分析換熱器內(nèi)管束結(jié)構(gòu)等布置的合理性、換熱器的換熱情況、換熱性能等。流經(jīng)塊支撐板后，流體已充分發(fā)展，并且隨著殼程結(jié)構(gòu)周期性變化，傳熱與壓降也呈現(xiàn)周期性變化。經(jīng)濟(jì)性好。利用計算機(jī)軟件數(shù)值計算的費用遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于實驗研究的費用。周期短。數(shù)值模擬所用的時間相對于實驗要少，方便從各種參數(shù)的匹配組合中快速選擇的方案。

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0.5m/s;順著折流板走向，換熱器殼程內(nèi)砂的速度矢量值相比較大，在I m/s至1.4m/s之問變化，在折流板!幾方的砂速度;在折流板逆向換熱器殼程內(nèi)介質(zhì)流動方向的背部，固體砂的速度矢暈值，人約為0.1m/s這是由T一折流板的阻擋作川，降低一r砂的速度當(dāng)砂粒徑較大，質(zhì)較大時，砂容易在速度降低區(qū)域形成砂分沉積。砂粒徑0.2mm時，管殼式換熱器模擬運行達(dá)到穩(wěn)定的情沉下，換熱器殼程內(nèi)沿?fù)Q熱器管民方向各個截而的砂體積分情況。山于此時管殼式換熱器殼程內(nèi)部流通介質(zhì)含的砂粒徑非常小，為0.2mm的流動能很好的帶動砂流動，導(dǎo)致?lián)Q熱器整個砂的體積分布較均勻，整個殼程的含砂量都較小，接近入2類石油。對換熱器殼側(cè)的速度場進(jìn)行研究，分析換熱器的結(jié)構(gòu)對自然循環(huán)的影響，并提出相關(guān)的意見對換熱器進(jìn)行優(yōu)化分析。