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。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。得到徑向熱管換熱器結(jié)構(gòu)優(yōu)化參數(shù)：橫向管距為縱向管距為翅片高度不應(yīng)高于，翅片間距為。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。

國內(nèi)外己有的研究，對于管殼式換熱器內(nèi)漏問題的數(shù)值模擬研究相對較少。通過對換熱器工況進行模擬計算，分析了泄漏情況下?lián)Q熱器溫度參數(shù)的變化情況，在此基礎(chǔ)上提出了通過分析換熱器管程和殼程溫度變化來判斷換熱器泄漏及泄漏程度的方法。四種針對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)的檢漏方法具有簡便、快捷、費用低等優(yōu)點，對貫穿性缺陷的焊縫檢查速度快，效果好。系統(tǒng)中的熱媒/水換熱器容易出現(xiàn)水質(zhì)不合格、操作不當(dāng)而引起管道水擊、水流速度過低以及垢下腐蝕等并終導(dǎo)致泄漏。當(dāng)換熱器傳熱進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。并針對各導(dǎo)致泄漏的原因給出了相應(yīng)的解決措施。

西安交通大學(xué)采用逐步放開流路的方法，應(yīng)用空氣一水兩相混合物研究了泄漏與旁路對殼側(cè)流型及流型轉(zhuǎn)變特性的影響。分析了換熱器內(nèi)部不同介質(zhì)泄漏的判斷方法，并提出了針對換熱器不同泄漏介質(zhì)的性質(zhì)來確定檢漏方法。數(shù)值模擬所用的時間相對于實驗要少，方便從各種參數(shù)的匹配組合中快速選擇的方案。國內(nèi)外己有的研究，對于管殼式換熱器內(nèi)漏問題的數(shù)值模擬研究相對較少。

管殼式換熱器運行過程中的速度矢量分布，在換熱器運行過程中，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，砂容易在速度降低區(qū)域形成砂分沉積。砂粒徑0.2mm時，管殼式換熱器模擬運行達(dá)到穩(wěn)定的情沉下，換熱器殼程內(nèi)沿?fù)Q熱器管民方向各個截而的砂體積分情況。山于此時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的流動能很好的帶動砂流動，導(dǎo)致?lián)Q熱器整個砂的體積分布較均勻，整個殼程的含砂量都較小，接近入2類石油。獲取管殼式換熱器結(jié)垢和泄漏的傳熱特性，對基于熱工參數(shù)檢測管殼式換熱器的結(jié)垢和泄漏的相關(guān)技術(shù)發(fā)展具有重要意義。

在換熱器整個殼程，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行一段時間后，殼程側(cè)表面會形成表面污塘層，由以上分析可知，認(rèn)為其為均構(gòu)。結(jié)果顯示，旋流片能起到擾流作用，并使流體強烈地沖刷傳熱管壁面強化傳熱。

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，模擬對計算機的要求非常高。由于單弓形折流板管殼式換熱器是復(fù)雜幾何體，網(wǎng)格劃分需要采用分塊劃分的方法，將整個模型劃分成入口段、出口段和殼程三部分，進行網(wǎng)格劃分。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)鳠嵝阅艿挠绊憽?