管殼式換熱器作為重要的換熱設備，在石油化工生產領域廣泛應用，其換熱性能對這些領域的工藝流程影響較大。目前，油田三次采油中大量應用新型聚合物，導致管殼式換熱器結垢明顯增多，造成換熱熱阻增加、換熱性能降低；但是由于換熱器大多體積龐大，內部結構復雜，模型的網(wǎng)格處理比較復雜，且對計算機的配置要求高，前人的研究分為兩種，首先是利用多孔介質模型，或者模擬換熱器理想模型。并且，污垢中腐蝕性介質腐蝕金屬管壁，導致其穿孔，即形成管殼式換熱器泄漏、致使物料污染。快速有效識別管殼式換熱器結垢和泄漏故障是縮短維修周期、降低更換換熱管件的基本保障，而管殼式換熱器結垢和泄漏的傳熱特性是開發(fā)相關技術的關鍵所在。獲取管殼式換熱器結垢和泄漏的傳熱特性，對基于熱工參數(shù)檢測管殼式換熱器的結垢和泄漏的相關技術發(fā)展具有重要意義。本文以管殼式換熱器結垢和泄漏的傳熱特性為研宄目標，對管殼式換熱器結垢及泄漏模型、求解方法，管殼式換熱器結垢及泄漏預測模型，現(xiàn)場試驗方法進行了研宄。

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(wǎng)格，使用GAMBIT劃分網(wǎng)格。網(wǎng)格的數(shù)量直接決定了計算速度和精度。網(wǎng)格過少，將不到流場的流動特性;網(wǎng)格過多，一方面會嚴重消耗計算機資源，另一方面大量的數(shù)值耗散積累會影響計算結果的正確性。所以進行網(wǎng)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(wǎng)格獨立性驗證。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;殼程為四面體網(wǎng)格，管程及殼程進出口管為六面體網(wǎng)格，終網(wǎng)格數(shù)量為I ,952,621個;由面到體依次畫網(wǎng)格，終網(wǎng)格數(shù)量為2,175,849個。后面兩套網(wǎng)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(wǎng)格:終網(wǎng)格數(shù)量為1,952,621個。2mm的流動能很好的帶動砂流動，導致?lián)Q熱器整個砂的體積分布較均勻，整個殼程的含砂量都較小，接近入2類石油。

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(shù)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。油油管殼式換熱器運行一段時間后，殼程側表面會形成表面污塘層，由以上分析可知，認為其為均構。但是，管殼式換熱器結垢對其內部流動換熱性能影響的研究相對較少。

本課題著重研究管殼式換熱器管壁結據(jù)對其傳熱性能的影響，且在實際生產過程中，中含砂率很低，所以在換熱器傳熱性能的影響研究中忽略了換熱器內液固兩相流的影響，后續(xù)的數(shù)值模擬研宄中采用單相流模擬。對于單弓形折流板管殼式換熱器不同結據(jù)厚度的影響分析，鑒于本文所采用的物理模型特征，換熱管當量結坂厚度較小，為保證污據(jù)層網(wǎng)格質量，模擬對計算機的要求非常高。而當量均拒只為分析結坂對換熱器傳熱性能的影響，本課題忽略結坂對換熱器內部流場的影響，只考慮結塘對換熱面?zhèn)鳠嵝阅艿挠绊?。一種管殼式換熱器殼程單相流動和傳熱的三維模擬方法，用體積多孔度、表面滲透度、分布阻力和分布熱源來考慮殼程復雜幾何結構造成的流道縮小和流動阻力、傳熱效應，通過數(shù)值求解平均的流體質量、動量、能量守恒方程，得到殼程流動和換熱的分布。