換熱器是油田化工和其他許多工業(yè)部門廣泛應用的一種通用工藝設備，其中管殼式換熱器在石油化工行業(yè)中應用尤為廣泛。而管殼式換熱器成本較高，其熱工性能決定著后期運行成本。對換熱器的出口平均溫度進行分析，分析出口平均溫度與設計溫度之間的誤差，評價換熱器的換熱性能。為此，國內外眾多學者對其流動傳熱進行了大量的研究。大慶油田擁有大量的管殼式換熱器，其性能直接影響的處理過程和油田節(jié)能減排的落實程度，而隨著含水率增加，換熱器結據(jù)率明顯，易造成其壁面的結塘甚至堵塞，并且由于污拒會對換熱器材料腐蝕，容易導致壁面穿孔造成物料泄漏和損失，甚至產(chǎn)生隱患。為消除換熱器結據(jù)和泄漏造成的損失，油田管理部門每年都對換熱器進行清洗、堵漏作業(yè)，但目前尚無有效手段快速地評價換熱器的結塘和泄漏情況，導致需要針對每一臺換熱器進行處理，造成管理成本的增加。而管殼式換熱器的流動傳熱特性是評價其結塘、池漏的關鍵，也是進行有效預測的前提條件。

一種管殼式換熱器殼程單相流動和傳熱的三維模擬方法，用體積多孔度、表面滲透度、分布阻力和分布熱源來考慮殼程復雜幾何結構造成的流道縮小和流動阻力、傳熱效應，通過數(shù)值求解平均的流體質量、動量、能量守恒方程，得到殼程流動和換熱的分布。DeBF和CatalanoLA等人近提出一個新型沉浸粒子換熱器，它使用非常小的固體顆粒作為中間媒介來執(zhí)行兩個氣體在不同的溫度之間流動的熱傳導，開發(fā)了一種一維模型的理論計算換熱管長度，確保規(guī)定的熱交換和評價粒子特性的影響。對上述提到的三維數(shù)值模擬方法也有過類似的研究。   實驗方法研究了空氣在具有3種不同管徑19,25. 32mm的波紋管內的流動與換熱特性。管外壁采用電加熱，來模擬均勻熱流條件，測得了不同工況下各種管徑的平均對流換熱系數(shù)和阻力系數(shù)，擬合出了所測的參數(shù)范圍內的阻力和換熱實驗關聯(lián)式，并比較了相同管徑的波紋管和光管的換熱效果。

對換熱器進行不同工況分析，研究不同工況下?lián)Q熱器的換熱性能。并編寫換熱器的沸騰用戶自定義（模型，將模型導入軟件。對管殼式換熱器強化管外傳熱進行了數(shù)值模擬研宄，提出并分析了一種新型的傳熱強化元件——旋流片作為管殼式換熱器管隙間支撐物的傳熱強化機理。分析換熱器出現(xiàn)沸騰工況下內部蒸汽的流動情況，并根據(jù)對模擬結果的研究提出對換熱器的改進措施。通過對模擬結果的分析可知，研究的自然循環(huán)換熱器能及時有效排出堆芯余熱，雖然模擬值和設計值之間有一定誤差，但是誤差很小不影響對換熱器模擬結果的分析。換熱器的復雜結構使換熱器局部產(chǎn)生了“傳熱死區(qū)”和“流動死區(qū)”，這些死區(qū)的存在影響了換熱器內自然循環(huán)的形成。當換熱器傳熱進行一段時間后換熱器內的殼側溫度會達到飽和出現(xiàn)沸騰，沸騰產(chǎn)生的大量蒸汽在換熱器的“尖角”處聚，會對換熱器內流體的傳熱和流動特性產(chǎn)生影響。

基于進出口動態(tài)參數(shù)的管殼式換熱器內部故障診斷預測研究。      

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

(2)基于分公司某大隊管殼式換熱器運行過程中的進出口動態(tài)參數(shù)，分析換熱器內部運行狀況，利用管殼式換熱器結垢和泄漏的理論預測模型進吝分析，給出預測模型應用誤差。結果顯示，旋流片能起到擾流作用，并使流體強烈地沖刷傳熱管壁面強化傳熱。    油田原穩(wěn)站油一油管殼式換熱器內部結構復雜，結構尺寸大，采用數(shù)值模擬研究時，對計算機配置要求較高，采用CFD前處理軟件很難對現(xiàn)場實際模型進行網(wǎng)格劃分，為便于研究分析，本課題在研究的過程中，對現(xiàn)場實際換熱器進行模型簡化處理。    

本文主要研究管壁污垢對管殼式換熱器流動傳熱性能的影響規(guī)律。換熱器體積巨大，換熱管直徑與換熱器長度的比值小，利用CFD前處理軟件對其進行網(wǎng)格處理困難，網(wǎng)格數(shù)量太多，對計算機配置的要求非常高?？紤]管壁污垢傳熱的影響，將污垢當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傳熱模型。在此基礎上，建立了管殼式換熱器內兩相流(油一砂)數(shù)學模型一混合模型，包括質量守恒方程、混合模型的動量方程、第二相的體積分數(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。