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，包括計算流體力學(xué)模型和計算傳熱學(xué)模型。其中，計算傳熱學(xué)模型中的瑞流擴散系數(shù)是利用溫度方差和溫度方差耗散率來求解，而不是利用通常采用的數(shù)假設(shè)值或?qū)嶒灉y定值來求解。以實驗裝置中的3處壁溫、污管的出入口溫度、污管中流體的流速和污管熱阻為輸入，建立基于徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的污垢預(yù)測模型，對篩選出的160組數(shù)據(jù)進行預(yù)測，與BP網(wǎng)絡(luò)相比，該網(wǎng)絡(luò)預(yù)測污垢熱阻的收斂速度和精度都優(yōu)于BP網(wǎng)絡(luò)。分析換熱器的物理模型，對模型進行適當(dāng)?shù)暮喕?，分別對換熱器的管側(cè)和殼側(cè)的溫度場進行分析，研宄傳熱管束內(nèi)部的傳熱過程，同時分析換熱器殼側(cè)不同位置處的換熱情況。對換熱器的出口平均溫度進行分析，分析出口平均溫度與設(shè)計溫度之間的誤差，評價換熱器的換熱性能。對換熱器殼側(cè)的速度場進行研究，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)的意見對換熱器進行優(yōu)化分析。

對于管殼式換熱器的流動傳熱特性，綜合以上，將己有的研究分為三部分:    

(1)利用FLUENT數(shù)值模擬軟件對管殼式換熱器進行數(shù)值模擬，得到了符合實際的換熱器流動傳熱性能;    

(2)通過分析泄漏情況下?lián)Q熱器溫度參數(shù)的變化情況，提出了通過分析換熱器管程和殼程進出口溫度變化來判斷換熱器是否泄漏的方法;側(cè)重分析其泄漏時殼程的流體流動的流型。     

(3)運用熱力學(xué)能耗分析法，分析管殼式換熱器中污垢的厚度對換熱強度、流動壓降及其有效能損失的影響。后面兩套網(wǎng)格計算結(jié)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。    國內(nèi)外己有的研究，缺乏對管殼式換熱器管程流體流動傳熱的數(shù)值模擬研究，并且在換熱器的實際生產(chǎn)運行過程中，對換熱器當(dāng)前運行效果的診斷分析不明確。

基于進出口動態(tài)參數(shù)的管殼式換熱器內(nèi)部故障診斷預(yù)測研究。      

(1)基于進出口動態(tài)參數(shù)，建立管殼式換熱器結(jié)垢厚度和泄漏量的理論評價模型，給出評價模型的求解方式;    

(2)基于分公司某大隊管殼式換熱器運行過程中的進出口動態(tài)參數(shù)，分析換熱器內(nèi)部運行狀況，利用管殼式換熱器結(jié)垢和泄漏的理論預(yù)測模型進吝分析，給出預(yù)測模型應(yīng)用誤差。在污水流量變化的情況下，分別測試了沉浸式換熱器在冬、夏季的傳熱系數(shù)。    油田原穩(wěn)站油一油管殼式換熱器內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，結(jié)構(gòu)尺寸大，采用數(shù)值模擬研究時，對計算機配置要求較高，采用CFD前處理軟件很難對現(xiàn)場實際模型進行網(wǎng)格劃分，為便于研究分析，本課題在研究的過程中，對現(xiàn)場實際換熱器進行模型簡化處理。    

本文主要研究管壁污垢對管殼式換熱器流動傳熱性能的影響規(guī)律。Kotcioglui和NasiriKM等人應(yīng)用理想換熱器模型進行數(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。考慮管壁污垢傳熱的影響，將污垢當(dāng)量到管殼式換熱器的換熱管壁，建立管殼式換熱器的三維流動傳熱模型。在此基礎(chǔ)上，建立了管殼式換熱器內(nèi)兩相流(油一砂)數(shù)學(xué)模型一混合模型，包括質(zhì)量守恒方程、混合模型的動量方程、第二相的體積分?jǐn)?shù)方程、相對(滑流)速度和漂移速度方程，采用有限體積法離散模型，使用穩(wěn)態(tài)、隱式、分離式求解器，基于交錯網(wǎng)格的SIMPLE算法解決速度壓力藕合問題，研究中砂對換熱器殼程流場的影響，并分析結(jié)垢厚度對管殼式換熱器管程、殼程出口溫度和傳熱系數(shù)等參數(shù)的影響。