換熱器是油田化工和其他許多工業(yè)部門廣泛應(yīng)用的一種通用工藝設(shè)備，其中管殼式換熱器在石油化工行業(yè)中應(yīng)用尤為廣泛。近年來，粗加工裝置換熱器內(nèi)漏、結(jié)塘堵塞問題越來越突出，尤其換熱器，已嚴(yán)重影響裝置的平穩(wěn)運(yùn)行。而管殼式換熱器成本較高，其熱工性能決定著后期運(yùn)行成本。為此，國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者對(duì)其流動(dòng)傳熱進(jìn)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(shí)程度，而隨著含水率增加，換熱器結(jié)據(jù)率明顯，易造成其壁面的結(jié)塘甚至堵塞，并且由于污拒會(huì)對(duì)換熱器材料腐蝕，容易導(dǎo)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(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。而管殼式換熱器的流動(dòng)傳熱特性是評(píng)價(jià)其結(jié)塘、池漏的關(guān)鍵，也是進(jìn)行有效預(yù)測(cè)的前提條件。

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(duì)管殼式換熱器的三維模型進(jìn)行模擬，通過對(duì)換熱器結(jié)垢和泄漏時(shí)的速度場(chǎng)、溫度場(chǎng)等分析，得出泄漏和結(jié)垢對(duì)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(píng)價(jià)換熱器結(jié)垢和泄漏提供理論依據(jù)。結(jié)果顯示，旋流片能起到擾流作用，并使流體強(qiáng)烈地沖刷傳熱管壁面強(qiáng)化傳熱。主要內(nèi)容如下:    

1.管壁污垢對(duì)管殼式換熱器流動(dòng)傳熱性能的影響規(guī)律研究。    

(1)考慮管壁污垢?jìng)鳠岬挠绊?，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(duì)換熱器殼程流場(chǎng)分布的影響，研究殼程流場(chǎng)內(nèi)的含砂量分布情況;     

(3)研究結(jié)垢厚度對(duì)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(duì)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(duì)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(zhǎng)方向變化對(duì)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(duì)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(duì)管殼式換熱器流動(dòng)傳熱性能的影響規(guī)律。

采用的模型為大慶油田分公司原穩(wěn)站生產(chǎn)用油一油管殼式換熱器，內(nèi)部流通介質(zhì)為，內(nèi)部含有細(xì)沙等雜質(zhì)，這些雜質(zhì)也是導(dǎo)致?lián)Q熱器內(nèi)部結(jié)垢的主要因素。共三套網(wǎng)格:換熱器整體均為四面體，終網(wǎng)格數(shù)量為1,521,014個(gè)。對(duì)于管殼式換熱器，換熱管直徑相對(duì)很小，數(shù)量眾多，容易發(fā)生堵塞和結(jié)垢，而且對(duì)換熱管的清洗和更換十分困難，管殼式換熱器管程內(nèi)部的流通介質(zhì)為比較清潔的流體。綜合油一油管殼式換熱器此特點(diǎn)，本課題著重研究換熱器殼程側(cè)的結(jié)垢。 

根據(jù)大慶油田分公司原穩(wěn)站油一油管殼式換熱器實(shí)體結(jié)構(gòu)尺寸，該換熱器內(nèi)部結(jié)構(gòu)極為復(fù)雜，折流板、換熱管數(shù)量眾多，換熱管直徑0.032m，殼程直徑1.4m，換熱器長(zhǎng)度為1 Om。(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(duì)管殼式換熱器流動(dòng)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(zhǎng)度的比值小，利用CFD前處理軟件對(duì)其進(jìn)行網(wǎng)格處理困難，網(wǎng)格數(shù)量太多，對(duì)計(jì)算機(jī)配置的要求非常高。