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(shè)備，其中管殼式換熱器在石油化工行業(yè)中應用尤為廣泛。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，已嚴重影響裝置的平穩(wěn)運行。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(nèi)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(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(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(jié)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(jié)塘、池漏的關(guān)鍵，也是進行有效預測的前提條件。

譽金機械運用CFD數(shù)值模擬方法，借助FLUENT數(shù)值模擬軟件對管殼式換熱器的三維模型進行模擬，通過對換熱器結(jié)垢和泄漏時的速度場、溫度場等分析，得出泄漏和結(jié)垢對換熱器流動傳熱性能的影響，為下一步利用熱工參數(shù)評價換熱器結(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，并使流體強烈地沖刷傳熱管壁面強化傳熱。主要內(nèi)容如下:    

1.管壁污垢對管殼式換熱器流動傳熱性能的影響規(guī)律研究。    

(1)考慮管壁污垢傳熱的影響，建立管殼式換熱器的三維流動傳熱模型;

(2)研究油田原穩(wěn)站用油一油管殼式換熱器運行過程中，含砂對換熱器殼程流場分布的影響，研究殼程流場內(nèi)的含砂量分布情況;     

(3)研究結(jié)垢厚度對管殼式換熱器流動傳熱性能的影響規(guī)律。

2.管殼式換熱器內(nèi)部換熱面泄漏對換熱器流動傳熱性能的影響規(guī)律研究。      

(1)建立管殼式換熱器換熱面泄漏的三維流動傳熱物理模型:    

(2)研究泄漏口尺寸對管殼式換熱器流動傳熱性能的影響規(guī)律;    

(3)研究泄漏口位置沿換熱器管長方向變化對管殼式換熱器流動傳熱性能的影響規(guī)律;      

(4)研究泄漏口所在換熱管沿換熱器管徑方向變化對管殼式換熱器流動傳熱性能的影響規(guī)律;    

(5)研究泄漏口數(shù)量對管殼式換熱器流動傳熱性能的影響規(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)部含有細沙等雜質(zhì)，這些雜質(zhì)也是導致?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。對于管殼式換熱器，換熱管直徑相對很小，數(shù)量眾多，容易發(fā)生堵塞和結(jié)垢，而且對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，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體結(jié)構(gòu)尺寸，該換熱器內(nèi)部結(jié)構(gòu)極為復雜，折流板、換熱管數(shù)量眾多，換熱管直徑0.032m，殼程直徑1.4m，換熱器長度為1 Om。(1)建立管殼式換熱器換熱面泄漏的三維流動傳熱物理模型:(2)研究泄漏口尺寸對管殼式換熱器流動傳熱性能的影響規(guī)律。換熱器體積巨大，換熱管直徑與換熱器長度的比值小，利用CFD前處理軟件對其進行網(wǎng)格處理困難，網(wǎng)格數(shù)量太多，對計算機配置的要求非常高。