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(dòng)及傳熱特性的數(shù)學(xué)模型，包括計(jì)算流體力學(xué)模型和計(jì)算傳熱學(xué)模型。其中，計(jì)算傳熱學(xué)模型中的瑞流擴(kuò)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?yàn)測定值來求解。分析換熱器的物理模型，對模型進(jìn)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(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。對換熱器的出口平均溫度進(jìn)行分析，分析出口平均溫度與設(shè)計(jì)溫度之間的誤差，評(píng)價(jià)換熱器的換熱性能。對換熱器殼側(cè)的速度場進(jìn)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(jìn)行優(yōu)化分析。通過工程實(shí)例，揖出了中等流速對系統(tǒng)節(jié)能和經(jīng)濟(jì)性都有利，而當(dāng)流速較低時(shí)需進(jìn)行及時(shí)除塘。

運(yùn)用熱力學(xué)能耗分析法，分析了管殼式污水換熱器中軟塘的厚度對換熱強(qiáng)度、流動(dòng)壓降及其有效能損失的影響。通過工程實(shí)例，揖出了中等流速對系統(tǒng)節(jié)能和經(jīng)濟(jì)性都有利，而當(dāng)流速較低時(shí)需進(jìn)行及時(shí)除塘。對沉浸式污水換熱器的堵塞、結(jié)塘和腐燭問題進(jìn)行了研究，建立了沉浸式污水換熱器的傳熱模型，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性；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。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)。

實(shí)測結(jié)果表明，采用高密度聚乙稀管的沉浸式污水換熱器單位長度的傳熱量約為100kw搭建板式換熱器冷卻水污據(jù)熱阻實(shí)驗(yàn)臺(tái)，測得不同對間、流速和溫度下天然循環(huán)冷卻水（松花江水）中鐵離子、氯離子、細(xì)菌總數(shù)、值、溶解氧、池度、電導(dǎo)率等水質(zhì)參數(shù)，隨機(jī)取一組實(shí)驗(yàn)的水質(zhì)參數(shù)作為輸入變量，建立換熱器冷卻水污振熱阻預(yù)測的偏二乘回歸模型，對板式換熱器的污塘熱阻進(jìn)行預(yù)測。年，徐志明、李煌等人對比實(shí)驗(yàn)研究了不同工況冷卻水入口溫度、流速下板式換熱器松花江冷卻水污拒特性，將污拒熱阻與這兩種運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行了灰色關(guān)聯(lián)分析，并就運(yùn)行參數(shù)對其結(jié)塘的影響逐一作了機(jī)理分析。。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。

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。對于管殼式換熱器，換熱管直徑相對很小，數(shù)量眾多，容易發(fā)生堵塞和結(jié)垢，而且對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。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。(1)建立管殼式換熱器換熱面泄漏的三維流動(dòng)傳熱物理模型:(2)研究泄漏口尺寸對管殼式換熱器流動(dòng)傳熱性能的影響規(guī)律。 

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，換熱器長度為1 Om。換熱器體積巨大，換熱管直徑與換熱器長度的比值小，利用CFD前處理軟件對其進(jìn)行網(wǎng)格處理困難，網(wǎng)格數(shù)量太多，對計(jì)算機(jī)配置的要求非常高。在本課題中，根據(jù)大慶油田分公司產(chǎn)量，原穩(wěn)站管殼式換熱器殼程入口速度在之間，根據(jù)物性和模型尺寸，計(jì)算得出換熱器殼程的雷諾數(shù)之間，所以換熱器殼程內(nèi)部流動(dòng)為層流，多相流模型選為混合模型，混合物模型可用于兩相流或多相流（流體或顆粒）。

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)。流經(jīng)塊支撐板后，流體已充分發(fā)展，并且隨著殼程結(jié)構(gòu)周期性變化，傳熱與壓降也呈現(xiàn)周期性變化。

本課題著重研究管殼式換熱器管壁結(jié)據(jù)對其傳熱性能的影響，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，模擬對計(jì)算機(jī)的要求非常高。而當(dāng)量均拒只為分析結(jié)坂對換熱器傳熱性能的影響，本課題忽略結(jié)坂對換熱器內(nèi)部流場的影響，只考慮結(jié)塘對換熱面?zhèn)鳠嵝阅艿挠绊?。以?shí)驗(yàn)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(jìn)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)。