對(duì)管殼式換熱器強(qiáng)化管外傳熱進(jìn)行了數(shù)值模擬研宄，提出并分析了一種新型的傳熱強(qiáng)化元件——旋流片作為管殼式換熱器管隙間支撐物的傳熱強(qiáng)化機(jī)理。在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，采用周期性單元流道模型數(shù)值模擬了旋流片產(chǎn)生的衰減性自旋流的流動(dòng)和傳熱特性，并采用分段綜合因子分析了傳熱強(qiáng)化的機(jī)理。換熱器的復(fù)雜結(jié)構(gòu)使換熱器局部產(chǎn)生了“傳熱死區(qū)”和“流動(dòng)死區(qū)”，這些死區(qū)的存在影響了換熱器內(nèi)自然循環(huán)的形成。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。

有旋流片段的綜合因子，尾流段的綜合因子接近于，在自旋流段的綜合因子，應(yīng)當(dāng)充分利用自旋流段低阻的特點(diǎn)對(duì)換熱器進(jìn)行優(yōu)化。對(duì)復(fù)合波紋板片的板式換熱器的換熱阻力特性進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，采用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，分別選用層流和瑞流模型，數(shù)值計(jì)算得到復(fù)合波紋型板式換熱器內(nèi)部的速度場(chǎng)，以及復(fù)合波紋型板式換熱器在不同數(shù)范圍內(nèi)的換熱準(zhǔn)則方程式和摩擦系數(shù)關(guān)系式，證明了用數(shù)值計(jì)算方法研究復(fù)合波紋型板式換熱器流動(dòng)與換熱性能的可行性。濰坊譽(yù)金機(jī)械對(duì)原穩(wěn)站油行山管殼式換熱器實(shí)體模型進(jìn)行簡(jiǎn)化建模，同時(shí)兼顧課題研究的準(zhǔn)確性和經(jīng)濟(jì)性。東北大學(xué)的尹俊以乂為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，利用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，建立了獨(dú)立、幵放、數(shù)據(jù)共享、運(yùn)行可靠的傳熱介質(zhì)物理性能數(shù)據(jù)庫(kù)，并實(shí)現(xiàn)了這些數(shù)據(jù)庫(kù)的動(dòng)態(tài)查詢。

建立了一種復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型，用于預(yù)測(cè)套管式換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)及傳熱特性的數(shù)學(xué)模型，包括計(jì)算流體力學(xué)模型和計(jì)算傳熱學(xué)模型。其中，計(jì)算傳熱學(xué)模型中的瑞流擴(kuò)散系數(shù)是利用溫度方差和溫度方差耗散率來(lái)求解，而不是利用通常采用的數(shù)假設(shè)值或?qū)嶒?yàn)測(cè)定值來(lái)求解。在折流板逆向換熱器殼程內(nèi)介質(zhì)流動(dòng)方向的背部，固體砂的速度矢暈值，人約為0。分析換熱器的物理模型，對(duì)模型進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化，分別對(duì)換熱器的管側(cè)和殼側(cè)的溫度場(chǎng)進(jìn)行分析，研宄傳熱管束內(nèi)部的傳熱過(guò)程，同時(shí)分析換熱器殼側(cè)不同位置處的換熱情況。對(duì)換熱器的出口平均溫度進(jìn)行分析，分析出口平均溫度與設(shè)計(jì)溫度之間的誤差，評(píng)價(jià)換熱器的換熱性能。對(duì)換熱器殼側(cè)的速度場(chǎng)進(jìn)行研究，分析換熱器的結(jié)構(gòu)對(duì)自然循環(huán)的影響，并提出相關(guān)的意見(jiàn)對(duì)換熱器進(jìn)行優(yōu)化分析。

但是由于換熱器大多體積龐大，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，模型的網(wǎng)格處理比較復(fù)雜，且對(duì)計(jì)算機(jī)的配置要求高，前人的研究分為兩種，首先是利用多孔介質(zhì)模型，或者模擬換熱器理想模型。數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)方法相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：模擬能力強(qiáng)。計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)既能模擬真實(shí)條件，又能模擬某些理想化的假定，拓寬了實(shí)驗(yàn)研宄的范圍，便于分析各種情況下?lián)Q熱器的運(yùn)行特性，并減少了實(shí)驗(yàn)的工作量。數(shù)據(jù)完整。提供了一個(gè)數(shù)值程序設(shè)計(jì)優(yōu)化熱交換器的其他幾何參數(shù)，比如直徑和角度的入口和出口管道和粒子注入模式。數(shù)值計(jì)算可以得出換熱器內(nèi)部的流場(chǎng)、溫度場(chǎng)及壓力等參數(shù)的分布，據(jù)此，可以詳細(xì)分析換熱器內(nèi)管束結(jié)構(gòu)等布置的合理性、換熱器的換熱情況、換熱性能等。經(jīng)濟(jì)性好。利用計(jì)算機(jī)軟件數(shù)值計(jì)算的費(fèi)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于實(shí)驗(yàn)研究的費(fèi)用。周期短。數(shù)值模擬所用的時(shí)間相對(duì)于實(shí)驗(yàn)要少，方便從各種參數(shù)的匹配組合中快速選擇的方案。

對(duì)于管殼式換熱器的流動(dòng)傳熱特性，綜合以上，將己有的研究分為三部分:    

(1)利用FLUENT數(shù)值模擬軟件對(duì)管殼式換熱器進(jìn)行數(shù)值模擬，得到了符合實(shí)際的換熱器流動(dòng)傳熱性能;    

(2)通過(guò)分析泄漏情況下?lián)Q熱器溫度參數(shù)的變化情況，提出了通過(guò)分析換熱器管程和殼程進(jìn)出口溫度變化來(lái)判斷換熱器是否泄漏的方法;側(cè)重分析其泄漏時(shí)殼程的流體流動(dòng)的流型。     

(3)運(yùn)用熱力學(xué)能耗分析法，分析管殼式換熱器中污垢的厚度對(duì)換熱強(qiáng)度、流動(dòng)壓降及其有效能損失的影響。管殼式換熱器作為重要的換熱設(shè)備，在石油化工生產(chǎn)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，其換熱性能對(duì)這些領(lǐng)域的工藝流程影響較大。    國(guó)內(nèi)外己有的研究，缺乏對(duì)管殼式換熱器管程流體流動(dòng)傳熱的數(shù)值模擬研究，并且在換熱器的實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中，對(duì)換熱器當(dāng)前運(yùn)行效果的診斷分析不明確。