本課題主要研究原穩(wěn)站用油油管殼式換熱器的三維數(shù)值模擬，換熱器以含砂作為內(nèi)部換熱介質(zhì)，考慮換熱面結(jié)垢和泄漏的影響，建立管殼式換熱器結(jié)垢和泄漏的傳熱模型，借助軟件對(duì)換熱器溫度場(chǎng)、流場(chǎng)分布進(jìn)行模擬，分析結(jié)垢厚度、泄漏口尺寸、泄漏口位置、泄漏口數(shù)量對(duì)換熱器傳熱性能的影響，創(chuàng)新點(diǎn)如下：基于流體力學(xué)和傳熱學(xué)的流動(dòng)和傳熱基本公式，建立了管殼式換熱器結(jié)垢和泄漏的理論預(yù)測(cè)數(shù)學(xué)模型，運(yùn)用此模型解決了管殼式換熱器結(jié)垢及泄漏的理論預(yù)測(cè)分析。采用計(jì)算流體軟件對(duì)連續(xù)型螺旋折流板換熱器的流動(dòng)傳熱特性進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，對(duì)連續(xù)型螺旋折流板換熱器的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化分析研究。

回流冷凝器主要研究?jī)?nèi)容包括以下三部分：管壁污垢對(duì)管殼式換熱器流動(dòng)傳熱性能的影響規(guī)律研宄；換熱面泄漏對(duì)管殼式換熱器流動(dòng)傳熱性能的影響規(guī)律研究；基于管殼式換熱器進(jìn)出口動(dòng)態(tài)參數(shù)一溫度、壓力等，對(duì)管殼式換熱器內(nèi)部故障進(jìn)行診斷評(píng)價(jià)研宄。本課題結(jié)合大慶油田分公司某大隊(duì)原穩(wěn)站用管殼式換熱器的運(yùn)行特點(diǎn)，針對(duì)含砂油含砂油換熱器這一特殊介質(zhì)，借助軟件，在充分利用已有基本理論和研宄成果的基礎(chǔ)上，對(duì)管殼式換熱器結(jié)垢和泄漏進(jìn)行了流動(dòng)傳熱的數(shù)值模擬，分析結(jié)垢和泄漏對(duì)換熱器流動(dòng)傳熱性響，研宄結(jié)論對(duì)利用換熱器熱工參數(shù)檢測(cè)管壁結(jié)垢和泄漏具有一定的理論用。四種針對(duì)換熱器焊縫泄漏的檢漏技術(shù)，分別為:碳黑一煤油滲透法、熒光檢驗(yàn)法、著色探傷法、石灰一煤油滲透法，相比較而言，碳黑一煤油滲透法比傳統(tǒng)的檢漏方法具有簡(jiǎn)便、快捷、費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)貫穿性缺陷的焊縫檢查速度快，效果好。

換熱器流動(dòng)傳熱性能模擬和等人釆用多孔介質(zhì)模型對(duì)液態(tài)金屬換熱器和蒸汽發(fā)生器進(jìn)行了數(shù)值模擬計(jì)算，并將得到的結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比?？紤]介質(zhì)在管束間流動(dòng)各項(xiàng)異性的特點(diǎn)，在分布阻力和體積多孔度的基礎(chǔ)上，提出了表面滲透度的概念，將其與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，取得了理想的結(jié)果。通過(guò)對(duì)模擬結(jié)果的分析可知，研究的自然循環(huán)換熱器能及時(shí)有效排出堆芯余熱，雖然模擬值和設(shè)計(jì)值之間有一定誤差，但是誤差很小不影響對(duì)換熱器模擬結(jié)果的分析。采用多孔介質(zhì)模型，對(duì)電廠蒸汽冷凝器的工作特性進(jìn)行了數(shù)值模擬計(jì)算。由于此模型的物理過(guò)程存在相變，導(dǎo)致模擬變得更加復(fù)雜，因而計(jì)算中采用了簡(jiǎn)單的各向同性假設(shè)和一方程模型，并將其與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果吻合較好。

N Jiang和J Li對(duì)螺旋管式換熱器的壓力降進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。Ozkaya和Aradag等人[4]利用CFD軟件數(shù)值模擬研究了V字形密封板式換熱器的流動(dòng)傳熱特性，模擬不同進(jìn)出口溫度和質(zhì)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析了不同努塞爾數(shù)和摩擦系數(shù)的相關(guān)性。但是，管殼式換熱器結(jié)垢對(duì)其內(nèi)部流動(dòng)換熱性能影響的研究相對(duì)較少。Kotcioglu i和Nasiri KM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(shí)的溫度、速度和壓力分布圖。

基于進(jìn)出口動(dòng)態(tài)參數(shù)的管殼式換熱器內(nèi)部故障診斷預(yù)測(cè)研究。      

(1)基于進(jìn)出口動(dòng)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(píng)價(jià)模型，給出評(píng)價(jià)模型的求解方式;    

(2)基于分公司某大隊(duì)管殼式換熱器運(yùn)行過(guò)程中的進(jìn)出口動(dòng)態(tài)參數(shù)，分析換熱器內(nèi)部運(yùn)行狀況，利用管殼式換熱器結(jié)垢和泄漏的理論預(yù)測(cè)模型進(jìn)吝分析，給出預(yù)測(cè)模型應(yīng)用誤差。換熱器管道的缺陷發(fā)生在支撐板附近，已成為鐵磁性換熱管重點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)域。    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(shí)，對(duì)計(jì)算機(jī)配置要求較高，采用CFD前處理軟件很難對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，為便于研究分析，本課題在研究的過(guò)程中，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際換熱器進(jìn)行模型簡(jiǎn)化處理。    

本文主要研究管壁污垢對(duì)管殼式換熱器流動(dòng)傳熱性能的影響規(guī)律?？紤]管壁污垢?jìng)鳠岬挠绊懀瑢⑽酃府?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(dòng)傳熱模型。因此，換熱器在線檢測(cè)技術(shù)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用是提高粗加工裝置運(yùn)行安全性的手段之一。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(dòng)量方程、第二相的體積分?jǐn)?shù)方程、相對(duì)(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(cuò)網(wǎng)格的SIMPLE算法解決速度壓力藕合問(wèn)題，研究中砂對(duì)換熱器殼程流場(chǎng)的影響，并分析結(jié)垢厚度對(duì)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。

隨著結(jié)塘厚度的增加，換熱器管程出口溫度升高，殼程出口溫度降低。由于換熱面污據(jù)的存在，增大了換熱面的導(dǎo)熱熱阻，減小了其導(dǎo)熱系數(shù)，使管殼程的傳熱系數(shù)降低，從而影響了換熱器的換熱性能。最終導(dǎo)致?lián)Q熱管程出口溫度升高，殼程出口溫度降低。殼程為沙子和的兩相流動(dòng)，沙子的粒徑根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)大約在0。采用換熱器的傳熱系數(shù)作為換熱器換熱效果的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，以此來(lái)對(duì)比各組結(jié)坂工況的換熱器傳熱性能。隨著污振厚度的增加，換熱器的傳熱系數(shù)降低，這是由于污塘的存在，導(dǎo)致了換熱面的導(dǎo)熱熱阻增加，導(dǎo)熱系數(shù)減小，導(dǎo)致的換熱器傳熱系數(shù)降低，換熱效率減小。這說(shuō)明：隨著換熱面結(jié)塘厚度旳增加，換熱器的傳熱性能降低。且隨著結(jié)拒厚度的增加，換熱器傳熱性能的這種降低趨勢(shì)越發(fā)平緩。