本課題主要研究原穩(wěn)站用油油管殼式換熱器的三維數(shù)值模擬，換熱器以含砂作為內(nèi)部換熱介質(zhì)，考慮換熱面結(jié)垢和泄漏的影響，建立管殼式換熱器結(jié)垢和泄漏的傳熱模型，借助軟件對換熱器溫度場、流場分布進行模擬，分析結(jié)垢厚度、泄漏口尺寸、泄漏口位置、泄漏口數(shù)量對換熱器傳熱性能的影響，創(chuàng)新點如下：基于流體力學和傳熱學的流動和傳熱基本公式，建立了管殼式換熱器結(jié)垢和泄漏的理論預(yù)測數(shù)學模型，運用此模型解決了管殼式換熱器結(jié)垢及泄漏的理論預(yù)測分析。在污水流量變化的情況下，分別測試了沉浸式換熱器在冬、夏季的傳熱系數(shù)。

蒸發(fā)式冷凝器主要研究內(nèi)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；換熱面泄漏對管殼式換熱器流動傳熱性能的影響規(guī)律研究；基于管殼式換熱器進出口動態(tài)參數(shù)一溫度、壓力等，對管殼式換熱器內(nèi)部故障進行診斷評價研宄。本課題結(jié)合大慶油田分公司某大隊原穩(wěn)站用管殼式換熱器的運行特點，針對含砂油含砂油換熱器這一特殊介質(zhì)，借助軟件，在充分利用已有基本理論和研宄成果的基礎(chǔ)上，對管殼式換熱器結(jié)垢和泄漏進行了流動傳熱的數(shù)值模擬，分析結(jié)垢和泄漏對換熱器流動傳熱性響，研宄結(jié)論對利用換熱器熱工參數(shù)檢測管壁結(jié)垢和泄漏具有一定的理論用。砂子體積分布的位置選取結(jié)果為沿換熱器管長方向的四個截面，其中，z=-0。

換熱器流動傳熱性能模擬和等人釆用多孔介質(zhì)模型對液態(tài)金屬換熱器和蒸汽發(fā)生器進行了數(shù)值模擬計算，并將得到的結(jié)果與試驗結(jié)果進行對比。考慮介質(zhì)在管束間流動各項異性的特點，在分布阻力和體積多孔度的基礎(chǔ)上，提出了表面滲透度的概念，將其與試驗結(jié)果進行對比，取得了理想的結(jié)果。當換熱器傳熱進行一段時間后換熱器內(nèi)的殼側(cè)溫度會達到飽和出現(xiàn)沸騰，沸騰產(chǎn)生的大量蒸汽在換熱器的“尖角”處聚，會對換熱器內(nèi)流體的傳熱和流動特性產(chǎn)生影響。采用多孔介質(zhì)模型，對電廠蒸汽冷凝器的工作特性進行了數(shù)值模擬計算。由于此模型的物理過程存在相變，導(dǎo)致模擬變得更加復(fù)雜，因而計算中采用了簡單的各向同性假設(shè)和一方程模型，并將其與試驗結(jié)果進行對比，結(jié)果吻合較好。

N Jiang和J Li對螺旋管式換熱器的壓力降進行了數(shù)值模擬研究。(2)通過分析泄漏情況下?lián)Q熱器溫度參數(shù)的變化情況，提出了通過分析換熱器管程和殼程進出口溫度變化來判斷換熱器是否泄漏的方法。Ozkaya和Aradag等人[4]利用CFD軟件數(shù)值模擬研究了V字形密封板式換熱器的流動傳熱特性，模擬不同進出口溫度和質(zhì)量流率的工況，得到了換熱器冷端和熱端的出口溫度和壓降，基于實驗數(shù)據(jù)，分析了不同努塞爾數(shù)和摩擦系數(shù)的相關(guān)性。Kotcioglu i和Nasiri KM等人應(yīng)用理想換熱器模型進行數(shù)值模擬研究，使用修改后的k-‘湍流模型，得到矩形通道板翅縱向打斷、放大和收縮時的溫度、速度和壓力分布圖。

蒸發(fā)式冷凝器采用有限體積法計算模擬流動傳熱過程的基本理論和方法，揭示了三葉孔板換熱器殼側(cè)傳熱強化的物理機制，數(shù)值模擬還表明在本次研究范圍之內(nèi)，改變?nèi)~孔板板距對殼側(cè)強化傳熱速率影響不明顯，但對流動阻力和綜合性能的影響較大。瑞流模型對殼程流體流動與傳熱進行了數(shù)值研究，分析了三葉孔板換熱器殼程流動與傳熱特性。采用單相水為工質(zhì)，對扁管殼式換熱器進行了大量的實驗研究，分析管程流量，殼程流量等因素對其傳熱和阻力性能的影響。流經(jīng)塊支撐板后，流體已充分發(fā)展，并且隨著殼程結(jié)構(gòu)周期性變化，傳熱與壓降也呈現(xiàn)周期性變化。在支撐板附近，流體流速變大，形成射流，并且由于支撐板阻擋，在支撐板前面和尾部產(chǎn)生二次流，能有效沖刷管壁，減薄流動邊界層，起到強化傳熱作用。

國內(nèi)外己有的研究，對于管殼式換熱器內(nèi)漏問題的數(shù)值模擬研究相對較少。通過對換熱器工況進行模擬計算，分析了泄漏情況下?lián)Q熱器溫度參數(shù)的變化情況，在此基礎(chǔ)上提出了通過分析換熱器管程和殼程溫度變化來判斷換熱器泄漏及泄漏程度的方法。根據(jù)大慶油田分公司原穩(wěn)站油一油管殼式換熱器實體結(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。四種針對換熱器焊縫泄漏的檢漏技術(shù)，分別為:碳黑一煤油滲透法、熒光檢驗法、著色探傷法、石灰一煤油滲透法，相比較而言，碳黑一煤油滲透法比傳統(tǒng)的檢漏方法具有簡便、快捷、費用低等優(yōu)點，對貫穿性缺陷的焊縫檢查速度快，效果好。系統(tǒng)中的熱媒/水換熱器容易出現(xiàn)水質(zhì)不合格、操作不當而引起管道水擊、水流速度過低以及垢下腐蝕等并終導(dǎo)致泄漏。并針對各導(dǎo)致泄漏的原因給出了相應(yīng)的解決措施。

西安交通大學采用逐步放開流路的方法，應(yīng)用空氣一水兩相混合物研究了泄漏與旁路對殼側(cè)流型及流型轉(zhuǎn)變特性的影響。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(nèi)沿換熱器管民方向各個截而的砂體積分情況。分析了換熱器內(nèi)部不同介質(zhì)泄漏的判斷方法，并提出了針對換熱器不同泄漏介質(zhì)的性質(zhì)來確定檢漏方法。國內(nèi)外己有的研究，對于管殼式換熱器內(nèi)漏問題的數(shù)值模擬研究相對較少。