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(jìn)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(diǎn)如下：基于流體力學(xué)和傳熱學(xué)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(xué)模型，運(yùn)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。對換熱器殼側(cè)的速度場進(jìn)行研究，分析換熱器的結(jié)構(gòu)對自然循環(huán)的影響，并提出相關(guān)的意見對換熱器進(jìn)行優(yōu)化分析。

列管式油冷卻器主要研究內(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；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(xì)沙等雜質(zhì)，這些雜質(zhì)也是導(dǎo)致?lián)Q熱器內(nèi)部結(jié)垢的主要因素?；诠軞な綋Q熱器進(jìn)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(jìn)行診斷評價(jià)研宄。本課題結(jié)合大慶油田分公司某大隊(duì)原穩(wěn)站用管殼式換熱器的運(yùn)行特點(diǎn)，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(jìn)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。

換熱器管道的缺陷發(fā)生在支撐板附近，已成為鐵磁性換熱管重點(diǎn)監(jiān)測區(qū)域。對換熱管道不同缺陷產(chǎn)生的漏磁信號進(jìn)行了二維模擬，考慮了靜態(tài)時(shí)的支撐板處缺陷深度、缺陷寬度、換熱器管道壁厚、檢測儀器低速運(yùn)動，以及缺陷相對于支撐板處在不同的位置對檢測儀器輸出信號的影響，給出了漏磁場磁感強(qiáng)度隨以上參數(shù)變化的曲線。對同軸徑向熱管換熱器殼程進(jìn)行模擬計(jì)算，分析煙，速度、溫度及局部對流換熱系數(shù)沿殼程的變化規(guī)律，并尋求換熱器結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化值。此外還和流體的流動速度有關(guān)，介質(zhì)粘性越強(qiáng)、循環(huán)（流動）越慢，則壓降越大。

得到徑向熱管換熱器結(jié)構(gòu)優(yōu)化參數(shù)：橫向管距為縱向管距為翅片高度不應(yīng)高于，翅片間距為。對單弓形折流板式換熱器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理簡化，利用參數(shù)化建模方法建立了管殼式換熱器的參數(shù)化模型，將定壁溫假設(shè)方法與同時(shí)考慮殼程和管程流體的兩流程禍合計(jì)算方法的模擬結(jié)果進(jìn)行對比，結(jié)果表明：同時(shí)考慮殼側(cè)和管側(cè)流體流動與傳熱，更有助于揭示換熱器局部溫度場變化的實(shí)際情況，模擬結(jié)果與實(shí)際情況吻合較好，能夠?yàn)楣軞な綋Q熱器結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供更好的參考依據(jù)。換熱器是油田化工和其他許多工業(yè)部門廣泛應(yīng)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(yīng)用尤為廣泛。

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。數(shù)值計(jì)算可以得出換熱器內(nèi)部的流場、溫度場及壓力等參數(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。建立了一種復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型，用于預(yù)測套管式換熱器內(nèi)流體的流動及傳熱特性的數(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。