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。為此，國內外眾多學者對其流動傳熱進行了大量的研究。以實驗裝置中的3處壁溫、污管的出入口溫度、污管中流體的流速和污管熱阻為輸入，建立基于徑向基神經網絡的污垢預測模型，對篩選出的160組數據進行預測，與BP網絡相比，該網絡預測污垢熱阻的收斂速度和精度都優(yōu)于BP網絡。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。

換熱器作為油氣礦場初加工裝置主要的傳熱設備，換熱器運行情況的好壞，直接影響裝置的運行效率。由于受到檢修周期及有效檢測手段的限制，換熱器在運行過程缺乏對運行狀態(tài)的準確把握，換熱器不良運行狀態(tài)以及運行故障主要有以下幾種情況：壓降增大：造成原因主要包括：介質不潔凈或顆粒雜物太多，使板片或管束結塘或流道堵塞；受存在的非凝聚氣體影響；此外還和流體的流動速度有關，介質粘性越強、循環(huán)（流動）越慢，則壓降越大。介質內漏：換熱設備內的兩種介質由于某種原因造成高壓側介質向低壓側滲漏。換熱器由于處于受壓力、介質腐燭性、流動磨燭，尤其是固定管板換熱器，還有溫差應力，管板與換熱管連接處極易泄漏，導致換熱器內漏。還有很多管殼式和板式換熱器經常發(fā)生滲漏，尤其是介質為循環(huán)水或水和高溫油類的碳鋼換熱器，泄漏頻繁，給生產帶來極大的安全隱患。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格處理困難，網格數量太多，對計算機配置的要求非常高。泄漏：造成此原因多為密封塾片老化或者密封墊片材質選用不適，也可能是各夾緊螺桿的螺母松脫以及一些腐蝕性、氧化性很強旳物料長時間沖刷所至。結據：由于換熱器長期使用，在熱交換表面形成一定厚度的污塘或水據，增大了熱阻，從而降低了換熱器的傳熱效率。

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。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。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。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。