建立了一種復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型，用于預(yù)測(cè)套管式換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)及傳熱特性的數(shù)學(xué)模型，包括計(jì)算流體力學(xué)模型和計(jì)算傳熱學(xué)模型。其中，計(jì)算傳熱學(xué)模型中的瑞流擴(kuò)散系數(shù)是利用溫度方差和溫度方差耗散率來(lái)求解，而不是利用通常采用的數(shù)假設(shè)值或?qū)嶒?yàn)測(cè)定值來(lái)求解。分析換熱器的物理模型，對(duì)模型進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化，分別對(duì)換熱器的管側(cè)和殼側(cè)的溫度場(chǎng)進(jìn)行分析，研宄傳熱管束內(nèi)部的傳熱過(guò)程，同時(shí)分析換熱器殼側(cè)不同位置處的換熱情況。對(duì)換熱器的出口平均溫度進(jìn)行分析，分析出口平均溫度與設(shè)計(jì)溫度之間的誤差，評(píng)價(jià)換熱器的換熱性能。對(duì)換熱器殼側(cè)的速度場(chǎng)進(jìn)行研究，分析換熱器的結(jié)構(gòu)對(duì)自然循環(huán)的影響，并提出相關(guān)的意見對(duì)換熱器進(jìn)行優(yōu)化分析。由于受到檢修周期及有效檢測(cè)手段的限制，換熱器在運(yùn)行過(guò)程缺乏對(duì)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。

對(duì)于管殼式換熱器的流動(dòng)傳熱特性，綜合以上，將己有的研究分為三部分:    

(1)利用FLUENT數(shù)值模擬軟件對(duì)管殼式換熱器進(jìn)行數(shù)值模擬，得到了符合實(shí)際的換熱器流動(dòng)傳熱性能;    

(2)通過(guò)分析泄漏情況下?lián)Q熱器溫度參數(shù)的變化情況，提出了通過(guò)分析換熱器管程和殼程進(jìn)出口溫度變化來(lái)判斷換熱器是否泄漏的方法;側(cè)重分析其泄漏時(shí)殼程的流體流動(dòng)的流型。     

(3)運(yùn)用熱力學(xué)能耗分析法，分析管殼式換熱器中污垢的厚度對(duì)換熱強(qiáng)度、流動(dòng)壓降及其有效能損失的影響。    國(guó)內(nèi)外己有的研究，缺乏對(duì)管殼式換熱器管程流體流動(dòng)傳熱的數(shù)值模擬研究，并且在換熱器的實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中，對(duì)換熱器當(dāng)前運(yùn)行效果的診斷分析不明確。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(dòng)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(shí)驗(yàn)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。

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(cè)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(píng)價(jià)模型，給出評(píng)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(guò)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(cè)模型進(jìn)吝分析，給出預(yù)測(cè)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(duì)計(jì)算機(jī)配置要求較高，采用CFD前處理軟件很難對(duì)現(xiàn)場(chǎng)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(guò)程中，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際換熱器進(jìn)行模型簡(jiǎn)化處理。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(duì)換熱器進(jìn)行清洗、堵漏作業(yè)，但目前尚無(wú)有效手段快速地評(píng)價(jià)換熱器的結(jié)塘和泄漏情況，導(dǎo)致需要針對(duì)每一臺(tái)換熱器進(jìn)行處理，造成管理成本的增加。    

本文主要研究管壁污垢對(duì)管殼式換熱器流動(dòng)傳熱性能的影響規(guī)律。管式冷卻器主要研究?jī)?nèi)容包括以下三部分：管壁污垢對(duì)管殼式換熱器流動(dòng)傳熱性能的影響規(guī)律研宄。考慮管壁污垢?jìng)鳠岬挠绊?，將污垢?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。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(duì)(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(wèn)題，研究中砂對(duì)換熱器殼程流場(chǎng)的影響，并分析結(jié)垢厚度對(duì)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。