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(diǎn)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(yùn)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。結(jié)據(jù)：由于換熱器長期使用，在熱交換表面形成一定厚度的污塘或水據(jù)，增大了熱阻，從而降低了換熱器的傳熱效率。

冷凝器生產(chǎn)廠家主要研究內(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；目前，原穩(wěn)站管殼式換熱器運(yùn)行效果多人為經(jīng)驗(yàn)判斷，不能及時(shí)準(zhǔn)確地對運(yùn)行效果、存在問題進(jìn)行診斷。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(jià)研宄。本課題結(jié)合大慶油田分公司某大隊(duì)原穩(wěn)站用管殼式換熱器的運(yùn)行特點(diǎn)，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。

換熱器作為油氣礦場初加工裝置主要的傳熱設(shè)備，換熱器運(yùn)行情況的好壞，直接影響裝置的運(yùn)行效率。由于受到檢修周期及有效檢測手段的限制，換熱器在運(yùn)行過程缺乏對運(yùn)行狀態(tài)的準(zhǔn)確把握，換熱器不良運(yùn)行狀態(tài)以及運(yùn)行故障主要有以下幾種情況：壓降增大：造成原因主要包括：介質(zhì)不潔凈或顆粒雜物太多，使板片或管束結(jié)塘或流道堵塞；受存在的非凝聚氣體影響；此外還和流體的流動速度有關(guān)，介質(zhì)粘性越強(qiáng)、循環(huán)（流動）越慢，則壓降越大。介質(zhì)內(nèi)漏：換熱設(shè)備內(nèi)的兩種介質(zhì)由于某種原因造成高壓側(cè)介質(zhì)向低壓側(cè)滲漏。換熱器由于處于受壓力、介質(zhì)腐燭性、流動磨燭，尤其是固定管板換熱器，還有溫差應(yīng)力，管板與換熱管連接處極易泄漏，導(dǎo)致?lián)Q熱器內(nèi)漏。還有很多管殼式和板式換熱器經(jīng)常發(fā)生滲漏，尤其是介質(zhì)為循環(huán)水或水和高溫油類的碳鋼換熱器，泄漏頻繁，給生產(chǎn)帶來極大的安全隱患。(1)建模時(shí)保留了折流板，考慮折流板對殼程流體流動和傳熱的影響。泄漏：造成此原因多為密封塾片老化或者密封墊片材質(zhì)選用不適，也可能是各夾緊螺桿的螺母松脫以及一些腐蝕性、氧化性很強(qiáng)旳物料長時(shí)間沖刷所至。結(jié)據(jù)：由于換熱器長期使用，在熱交換表面形成一定厚度的污塘或水據(jù)，增大了熱阻，從而降低了換熱器的傳熱效率。

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，將不到流場的流動特性;網(wǎng)格過多，一方面會嚴(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。計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)既能模擬真實(shí)條件，又能模擬某些理想化的假定，拓寬了實(shí)驗(yàn)研宄的范圍，便于分析各種情況下?lián)Q熱器的運(yùn)行特性，并減少了實(shí)驗(yàn)的工作量。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)。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)。