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。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場實際模型進行網格劃分，為便于研究分析，本課題在研究的過程中，對現場實際換熱器進行模型簡化處理。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。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，甚至產生隱患。為消除換熱器結據和泄漏造成的損失，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。

建立了一種復雜的數學模型，用于預測套管式換熱器內流體的流動及傳熱特性的數學模型，包括計算流體力學模型和計算傳熱學模型。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沸騰，沸騰產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生影響。其中，計算傳熱學模型中的瑞流擴散系數是利用溫度方差和溫度方差耗散率來求解，而不是利用通常采用的數假設值或實驗測定值來求解。分析換熱器的物理模型，對模型進行適當的簡化，分別對換熱器的管側和殼側的溫度場進行分析，研宄傳熱管束內部的傳熱過程，同時分析換熱器殼側不同位置處的換熱情況。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。對換熱器殼側的速度場進行研究，分析換熱器的結構對自然循環(huán)的影響，并提出相關的意見對換熱器進行優(yōu)化分析。

但是由于換熱器大多體積龐大，內部結構復雜，模型的網格處理比較復雜，且對計算機的配置要求高，前人的研究分為兩種，首先是利用多孔介質模型，或者模擬換熱器理想模型。數值模擬與實驗方法相比具有如下優(yōu)點：模擬能力強。建立了一種復雜的數學模型，用于預測套管式換熱器內流體的流動及傳熱特性的數學模型，包括計算流體力學模型和計算傳熱學模型。計算機模擬技術既能模擬真實條件，又能模擬某些理想化的假定，拓寬了實驗研宄的范圍，便于分析各種情況下換熱器的運行特性，并減少了實驗的工作量。數據完整。數值計算可以得出換熱器內部的流場、溫度場及壓力等參數的分布，據此，可以詳細分析換熱器內管束結構等布置的合理性、換熱器的換熱情況、換熱性能等。經濟性好。利用計算機軟件數值計算的費用遠遠低于實驗研究的費用。周期短。數值模擬所用的時間相對于實驗要少，方便從各種參數的匹配組合中快速選擇的方案。

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0.5m/s;順著折流板走向，換熱器殼程內砂的速度矢量值相比較大，在I m/s至1.4m/s之問變化，在折流板!幾方的砂速度;在折流板逆向換熱器殼程內介質流動方向的背部，固體砂的速度矢暈值，人約為0.1m/s這是由T一折流板的阻擋作川，降低一r砂的速度當砂粒徑較大，質較大時，砂容易在速度降低區(qū)域形成砂分沉積。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。砂粒徑0.2mm時，管殼式換熱器模擬運行達到穩(wěn)定的情沉下，換熱器殼程內沿換熱器管民方向各個截而的砂體積分情況。山于此時管殼式換熱器殼程內部流通介質含的砂粒徑非常小，為0.2mm的流動能很好的帶動砂流動，導致換熱器整個砂的體積分布較均勻，整個殼程的含砂量都較小，接近入2類石油。