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。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，甚至產生隱患。但是由于換熱器大多體積龐大，內部結構復雜，模型的網(wǎng)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。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。

建立了一種復雜的數(shù)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(shù)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(shù)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(shù)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?shù)暮喕?，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。列管式油冷卻器主要研究內容包括以下三部分：管壁污垢對管殼式換熱器流動傳熱性能的影響規(guī)律研宄。

換熱器內砂沉積對結垢位置的影響    

換熱器內管壁結垢主要受其液體介質含砂濃度的影響，對管殼式換熱器殼程流場進行了液一固兩相流數(shù)值模擬，根據(jù)模擬結果分析，確定換熱器的主要砂沉積位置。殼程為沙子和的兩相流動，沙子的粒徑根據(jù)現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)大約在0.2mm-O.}mm之間。本次研究選用沙子粒徑為0.2mm和0.4tn m，沙子的體積分數(shù)選為10%，殼程進口流速為0.7m/s，對管殼式換熱器的殼程流場進行數(shù)值模擬。砂子體積分布的位置選取結果為沿換熱器管長方向的四個截面，其中，z=-0.7n:為管殼式換熱器殼程出I:l處的一個截而，z二一0.39m與z=0.016m為靠近管殼式換熱器折流板的一個截面，z=0.7m為管殼式換熱器殼程入I-I處的一個截面。隨著結塘厚度的增加，換熱器管程出口溫度升高，殼程出口溫度降低。

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0.4m/s;川頁著折流板走向，換熱器殼程內砂的速度矢量值在0.6m/s至2m/s之間變化，在折流板上方的砂速度;在折流板逆向換熱器殼程內介質流動方向的背部，固體砂的速度矢量值，大約為0. I m/s。這是由于折流板的阻擋作用，降低了砂的速度。當砂粒徑較大更容易在速度降低區(qū)域形成砂沉積，衛(wèi)比砂粒徑0.2m m時更為明顯。當砂粒徑為0.4mm，換熱器運行穩(wěn)定時，管殼式換熱器殼程入u處的含砂率較高，大約在so%左右，殼程整體砂體積變化范圍在5%-20%之間，由于本次分析的砂粒徑較大，為0.4mm，故在殼程折流板根部有少量砂沉積，但沉積區(qū)占整個殼程的體積分數(shù)低于5%。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。