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。而管殼式換熱器成本較高，其熱工性能決定著后期運(yùn)行成本。為此，國內(nèi)外眾多學(xué)者對其流動傳熱進(jìn)行了大量的研究。順著折流板走向，換熱器殼程內(nèi)砂的速度矢量值相比較大，在Im/s至1。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(shí)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(dǎo)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(jìn)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(dǎo)致需要針對每一臺換熱器進(jìn)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(jìn)行有效預(yù)測的前提條件。

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(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)造成的流道縮小和流動阻力、傳熱效應(yīng)，通過數(shù)值求解平均的流體質(zhì)量、動量、能量守恒方程，得到殼程流動和換熱的分布。對上述提到的三維數(shù)值模擬方法也有過類似的研究。Kotcioglui和NasiriKM等人應(yīng)用理想換熱器模型進(jìn)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。   實(shí)驗(yàn)方法研究了空氣在具有3種不同管徑19,25. 32mm的波紋管內(nèi)的流動與換熱特性。管外壁采用電加熱，來模擬均勻熱流條件，測得了不同工況下各種管徑的平均對流換熱系數(shù)和阻力系數(shù)，擬合出了所測的參數(shù)范圍內(nèi)的阻力和換熱實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式，并比較了相同管徑的波紋管和光管的換熱效果。

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。當(dāng)換熱器傳熱進(jìn)行一段時間后換熱器內(nèi)的殼側(cè)溫度會達(dá)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。經(jīng)濟(jì)性好。利用計算機(jī)軟件數(shù)值計算的費(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。

譽(yù)金機(jī)械運(yùn)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(jìn)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)。計算機(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。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(yùn)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?fù)Q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?fù)Q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。