譽(yù)金機(jī)械運(yùn)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(jìn)行模擬，通過對換熱器結(jié)垢和泄漏時(shí)的速度場、溫度場等分析，得出泄漏和結(jié)垢對換熱器流動(dòng)傳熱性能的影響，為下一步利用熱工參數(shù)評價(jià)換熱器結(jié)垢和泄漏提供理論依據(jù)。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。主要內(nèi)容如下:    

1.管壁污垢對管殼式換熱器流動(dòng)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(dòng)傳熱模型;

(2)研究油田原穩(wěn)站用油一油管殼式換熱器運(yùn)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(nèi)的含砂量分布情況;     

(3)研究結(jié)垢厚度對管殼式換熱器流動(dòng)傳熱性能的影響規(guī)律。

2.管殼式換熱器內(nèi)部換熱面泄漏對換熱器流動(dòng)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(dòng)傳熱物理模型:    

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

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

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

基于進(jìn)出口動(dòng)態(tài)參數(shù)的管殼式換熱器內(nèi)部故障診斷預(yù)測研究。      

(1)基于進(jìn)出口動(dòng)態(tài)參數(shù)，建立管殼式換熱器結(jié)垢厚度和泄漏量的理論評價(jià)模型，給出評價(jià)模型的求解方式;    

(2)基于分公司某大隊(duì)管殼式換熱器運(yùn)行過程中的進(jìn)出口動(dòng)態(tài)參數(shù)，分析換熱器內(nèi)部運(yùn)行狀況，利用管殼式換熱器結(jié)垢和泄漏的理論預(yù)測模型進(jìn)吝分析，給出預(yù)測模型應(yīng)用誤差。    油田原穩(wěn)站油一油管殼式換熱器內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，結(jié)構(gòu)尺寸大，采用數(shù)值模擬研究時(shí)，對計(jì)算機(jī)配置要求較高，采用CFD前處理軟件很難對現(xiàn)場實(shí)際模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，為便于研究分析，本課題在研究的過程中，對現(xiàn)場實(shí)際換熱器進(jìn)行模型簡化處理。對用于火力發(fā)電廠的換熱器，換熱溫度通常提供高于8000C，為了滿足這一條件，熱交換器應(yīng)該選區(qū)特殊的材料一一陶瓷，MonteiroDB等人門用CFD模擬來評估雷諾數(shù)在500到1500之間時(shí)傳熱因子和摩擦因子，比較了模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。    

本文主要研究管壁污垢對管殼式換熱器流動(dòng)傳熱性能的影響規(guī)律?？紤]管壁污垢傳熱的影響，將污垢當(dāng)量到管殼式換熱器的換熱管壁，建立管殼式換熱器的三維流動(dòng)傳熱模型。東北大學(xué)的尹俊以乂為開發(fā)平臺(tái)，利用數(shù)據(jù)庫技術(shù)，建立了獨(dú)立、幵放、數(shù)據(jù)共享、運(yùn)行可靠的傳熱介質(zhì)物理性能數(shù)據(jù)庫，并實(shí)現(xiàn)了這些數(shù)據(jù)庫的動(dòng)態(tài)查詢。在此基礎(chǔ)上，建立了管殼式換熱器內(nèi)兩相流(油一砂)數(shù)學(xué)模型一混合模型，包括質(zhì)量守恒方程、混合模型的動(dòng)量方程、第二相的體積分?jǐn)?shù)方程、相對(滑流)速度和漂移速度方程，采用有限體積法離散模型，使用穩(wěn)態(tài)、隱式、分離式求解器，基于交錯(cuò)網(wǎng)格的SIMPLE算法解決速度壓力藕合問題，研究中砂對換熱器殼程流場的影響，并分析結(jié)垢厚度對管殼式換熱器管程、殼程出口溫度和傳熱系數(shù)等參數(shù)的影響。

換熱器內(nèi)砂沉積對結(jié)垢位置的影響    

換熱器內(nèi)管壁結(jié)垢主要受其液體介質(zhì)含砂濃度的影響，對管殼式換熱器殼程流場進(jìn)行了液一固兩相流數(shù)值模擬，根據(jù)模擬結(jié)果分析，確定換熱器的主要砂沉積位置。殼程為沙子和的兩相流動(dòng)，沙子的粒徑根據(jù)現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)大約在0.2mm-O.}mm之間。本次研究選用沙子粒徑為0.2mm和0.4tn m，沙子的體積分?jǐn)?shù)選為10%，殼程進(jìn)口流速為0.7m/s，對管殼式換熱器的殼程流場進(jìn)行數(shù)值模擬。砂子體積分布的位置選取結(jié)果為沿?fù)Q熱器管長方向的四個(gè)截面，其中，z=-0.7n:為管殼式換熱器殼程出I:l處的一個(gè)截而，z二一0.39m與z=0.016m為靠近管殼式換熱器折流板的一個(gè)截面，z=0.7m為管殼式換熱器殼程入I-I處的一個(gè)截面。在折流板逆向換熱器殼程內(nèi)介質(zhì)流動(dòng)方向的背部，固體砂的速度矢暈值，人約為0。