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。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)生器進行了數(shù)值模擬計算，并將得到的結(jié)果與試驗結(jié)果進行對比。

殼管式冷凝器主要研究內(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；通過對換熱器工況進行模擬計算，分析了泄漏情況下?lián)Q熱器溫度參數(shù)的變化情況，在此基礎(chǔ)上提出了通過分析換熱器管程和殼程溫度變化來判斷換熱器泄漏及泄漏程度的方法。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(nèi)部故障進行診斷評價研宄。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。

殼管式冷凝器采用有限體積法計算模擬流動傳熱過程的基本理論和方法，揭示了三葉孔板換熱器殼側(cè)傳熱強化的物理機制，數(shù)值模擬還表明在本次研究范圍之內(nèi)，改變?nèi)~孔板板距對殼側(cè)強化傳熱速率影響不明顯，但對流動阻力和綜合性能的影響較大。瑞流模型對殼程流體流動與傳熱進行了數(shù)值研究，分析了三葉孔板換熱器殼程流動與傳熱特性。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。上海交通大學(xué)的曾偉平在研究板式換熱器的換熱和壓降過程中，先從單相流在板式換熱器流動出發(fā)，建立了單相的換熱和壓降模型，獲得某種具體板型的換熱及壓降關(guān)聯(lián)式系數(shù)，提出兩相流在板式換熱器中換熱的換熱關(guān)聯(lián)式和壓降公式。在支撐板附近，流體流速變大，形成射流，并且由于支撐板阻擋，在支撐板前面和尾部產(chǎn)生二次流，能有效沖刷管壁，減薄流動邊界層，起到強化傳熱作用。

濰坊譽金機械對原穩(wěn)站油行山管殼式換熱器實體模型進行簡化建模，同時兼顧課題研究的準(zhǔn)確性和經(jīng)濟性。      

(1)建模時保留了折流板，考慮折流板對殼程流體流動和傳熱的影響。      

(2)對于傳熱管壁和折流板的處理采用了FLUEN丁中的薄壁模型，在后續(xù)的邊界條件設(shè)置時可以設(shè)定一個給定的壁厚，這樣減少了網(wǎng)格數(shù)量。      

(3)管束的_l幾封頭和下封頭沒有參與整個換熱器的傳熱和流動，不影響數(shù)值計算的結(jié)果，因此在建模時將上封頭和下封頭進行簡化處理。    在對換熱器結(jié)構(gòu)進行建模時，考慮換熱器入日和出口部分對于一換熱器殼程整體流動特性的影響。由于單弓形折流板管殼式換熱器是復(fù)雜幾何體，網(wǎng)格劃分需要采用分塊劃分的方法，將整個模型劃分成入口段、出口段和殼程三部分，進行網(wǎng)格劃分。油油管殼式換熱器運行一段時間后，殼程側(cè)表面會形成表面污塘層，由以上分析可知，認(rèn)為其為均構(gòu)。網(wǎng)格為非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，采用劃分的四面體和金字塔網(wǎng)格。

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(nèi)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(nèi)介質(zhì)流動方向的背部，固體砂的速度矢量值，大約為0. I m/s。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(dǎo)致了換熱面的導(dǎo)熱熱阻增加，導(dǎo)熱系數(shù)減小，導(dǎo)致的換熱器傳熱系數(shù)降低，換熱效率減小。這是由于折流板的阻擋作用，降低了砂的速度。當(dāng)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(dāng)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?jǐn)?shù)低于5%。