一種管殼式換熱器殼程單相流動(dòng)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(dòng)阻力、傳熱效應(yīng)，通過數(shù)值求解平均的流體質(zhì)量、動(dòng)量、能量守恒方程，得到殼程流動(dòng)和換熱的分布。對(duì)上述提到的三維數(shù)值模擬方法也有過類似的研究。   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(dòng)與換熱特性。上海交通大學(xué)的曾偉平在研究板式換熱器的換熱和壓降過程中，先從單相流在板式換熱器流動(dòng)出發(fā)，建立了單相的換熱和壓降模型，獲得某種具體板型的換熱及壓降關(guān)聯(lián)式系數(shù)，提出兩相流在板式換熱器中換熱的換熱關(guān)聯(lián)式和壓降公式。管外壁采用電加熱，來模擬均勻熱流條件，測(cè)得了不同工況下各種管徑的平均對(duì)流換熱系數(shù)和阻力系數(shù)，擬合出了所測(cè)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。

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。對(duì)于管殼式換熱器，換熱管直徑相對(duì)很小，數(shù)量眾多，容易發(fā)生堵塞和結(jié)垢，而且對(duì)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。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。綜合油一油管殼式換熱器此特點(diǎn)，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(shí)體結(jié)構(gòu)尺寸，該換熱器內(nèi)部結(jié)構(gòu)極為復(fù)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(zhǎng)度為1 Om。換熱器體積巨大，換熱管直徑與換熱器長(zhǎng)度的比值小，利用CFD前處理軟件對(duì)其進(jìn)行網(wǎng)格處理困難，網(wǎng)格數(shù)量太多，對(duì)計(jì)算機(jī)配置的要求非常高。結(jié)據(jù)：由于換熱器長(zhǎng)期使用，在熱交換表面形成一定厚度的污塘或水據(jù)，增大了熱阻，從而降低了換熱器的傳熱效率。

管殼式換熱器運(yùn)行過程中的速度矢量分布，在換熱器運(yùn)行過程中，換熱器殼程入口段的速度矢量值在0.5m/s;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I m/s至1.4m/s之問變化，在折流板!幾方的砂速度;在折流板逆向換熱器殼程內(nèi)介質(zhì)流動(dòng)方向的背部，固體砂的速度矢暈值，人約為0.1m/s這是由T一折流板的阻擋作川，降低一r砂的速度當(dāng)砂粒徑較大，質(zhì)較大時(shí)，砂容易在速度降低區(qū)域形成砂分沉積。砂粒徑0.2mm時(shí)，管殼式換熱器模擬運(yùn)行達(dá)到穩(wěn)定的情沉下，換熱器殼程內(nèi)沿?fù)Q熱器管民方向各個(gè)截而的砂體積分情況。山于此時(shí)管殼式換熱器殼程內(nèi)部流通介質(zhì)含的砂粒徑非常小，為0.2mm的流動(dòng)能很好的帶動(dòng)砂流動(dòng)，導(dǎo)致?lián)Q熱器整個(gè)砂的體積分布較均勻，整個(gè)殼程的含砂量都較小，接近入2類石油。對(duì)換熱管道不同缺陷產(chǎn)生的漏磁信號(hào)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(cè)儀器低速運(yùn)動(dòng)，以及缺陷相對(duì)于支撐板處在不同的位置對(duì)檢測(cè)儀器輸出信號(hào)的影響，給出了漏磁場(chǎng)磁感強(qiáng)度隨以上參數(shù)變化的曲線。

在換熱器整個(gè)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(duì)其濃度分布的影響，將管殼式換熱器殼程內(nèi)部的結(jié)垢視為均勻結(jié)垢。油油管殼式換熱器運(yùn)行一段時(shí)間后，殼程側(cè)表面會(huì)形成表面污塘層，由以上分析可知，認(rèn)為其為均構(gòu)。分析換熱器的物理模型，對(duì)模型進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化，分別對(duì)換熱器的管側(cè)和殼側(cè)的溫度場(chǎng)進(jìn)行分析，研宄傳熱管束內(nèi)部的傳熱過程，同時(shí)分析換熱器殼側(cè)不同位置處的換熱情況。

本課題著重研究管殼式換熱器管壁結(jié)據(jù)對(duì)其傳熱性能的影響，且在實(shí)際生產(chǎn)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(nèi)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(duì)于單弓形折流板管殼式換熱器不同結(jié)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(dāng)量結(jié)坂厚度較小，為保證污據(jù)層網(wǎng)格質(zhì)量，模擬對(duì)計(jì)算機(jī)的要求非常高。管殼式換熱器內(nèi)部換熱面泄漏對(duì)換熱器流動(dòng)傳熱性能的影響規(guī)律研究。而當(dāng)量均拒只為分析結(jié)坂對(duì)換熱器傳熱性能的影響，本課題忽略結(jié)坂對(duì)換熱器內(nèi)部流場(chǎng)的影響，只考慮結(jié)塘對(duì)換熱面?zhèn)鳠嵝阅艿挠绊憽?