本課題主要研究原穩(wěn)站用油油管殼式換熱器的三維數值模擬，換熱器以含砂作為內部換熱介質，考慮換熱面結垢和泄漏的影響，建立管殼式換熱器結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，分析結垢厚度、泄漏口尺寸、泄漏口位置、泄漏口數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垢和泄漏的理論預測數學模型，運用此模型解決了管殼式換熱器結垢及泄漏的理論預測分析。在換熱器整個殼程，固體砂子的體積分布整體比較均勻，為了數值模擬的方便，本課題忽略大粒徑固體砂局部沉積對其濃度分布的影響，將管殼式換熱器殼程內部的結垢視為均勻結垢。

管式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；瑞流模型對殼程流體流動與傳熱進行了數值研究，分析了三葉孔板換熱器殼程流動與傳熱特性。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)參數一溫度、壓力等，對管殼式換熱器內部故障進行診斷評價研宄。本課題結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，借助軟件，在充分利用已有基本理論和研宄成果的基礎上，對管殼式換熱器結垢和泄漏進行了流動傳熱的數值模擬，分析結垢和泄漏對換熱器流動傳熱性響，研宄結論對利用換熱器熱工參數檢測管壁結垢和泄漏具有一定的理論用。

換熱器流動傳熱性能模擬和等人釆用多孔介質模型對液態(tài)金屬換熱器和蒸汽發(fā)生器進行了數值模擬計算，并將得到的結果與試驗結果進行對比。考慮介質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上，提出了表面滲透度的概念，將其與試驗結果進行對比，取得了理想的結果。采用多孔介質模型，對電廠蒸汽冷凝器的工作特性進行了數值模擬計算。為消除換熱器結據和泄漏造成的損失，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。由于此模型的物理過程存在相變，導致模擬變得更加復雜，因而計算中采用了簡單的各向同性假設和一方程模型，并將其與試驗結果進行對比，結果吻合較好。

N Jiang和J Li對螺旋管式換熱器的壓力降進行了數值模擬研究。Ozkaya和Aradag等人[4]利用CFD軟件數值模擬研究了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，基于實驗數據，分析了不同努塞爾數和摩擦系數的相關性。由于單弓形折流板管殼式換熱器是復雜幾何體，網格劃分需要采用分塊劃分的方法，將整個模型劃分成入口段、出口段和殼程三部分，進行網格劃分。Kotcioglu i和Nasiri KM等人應用理想換熱器模型進行數值模擬研究，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。

單弓形折流板管殼式換熱器物理模型復雜，因此選用適應性強的正四面體和金字塔形非結構化網格，使用GAMBIT劃分網格。網格的數量直接決定了計算速度和精度。網格過少，將不到流場的流動特性;網格過多，一方面會嚴重消耗計算機資源，另一方面大量的數值耗散積累會影響計算結果的正確性。所以進行網格的獨立性驗證時十分必要的。以一個單弓形折流板管殼式換熱器模型為例進行網格獨立性驗證。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。共三套網格:換熱器整體均為四面體，終網格數量為1,521,014個;殼程為四面體網格，管程及殼程進出口管為六面體網格，終網格數量為I ,952,621個;由面到體依次畫網格，終網格數量為2,175,849個。后面兩套網格計算結果相差小于60%綜合考慮計算精度與計算花費，選取第二套網格:終網格數量為1,952,621個。