譽(yù)金機(jī)械運(yùn)用CFD數(shù)值模擬方法，借助FLUENT數(shù)值模擬軟件對管殼式換熱器的三維模型進(jìn)行模擬，通過對換熱器結(jié)垢和泄漏時(shí)的速度場、溫度場等分析，得出泄漏和結(jié)垢對換熱器流動傳熱性能的影響，為下一步利用熱工參數(shù)評價(jià)換熱器結(jié)垢和泄漏提供理論依據(jù)。本文以管殼式換熱器結(jié)垢和泄漏的傳熱特性為研宄目標(biāo)，對管殼式換熱器結(jié)垢及泄漏模型、求解方法，管殼式換熱器結(jié)垢及泄漏預(yù)測模型，現(xiàn)場試驗(yàn)方法進(jìn)行了研宄。主要內(nèi)容如下:    

1.管壁污垢對管殼式換熱器流動傳熱性能的影響規(guī)律研究。    

(1)考慮管壁污垢傳熱的影響，建立管殼式換熱器的三維流動傳熱模型;

(2)研究油田原穩(wěn)站用油一油管殼式換熱器運(yùn)行過程中，含砂對換熱器殼程流場分布的影響，研究殼程流場內(nèi)的含砂量分布情況;     

(3)研究結(jié)垢厚度對管殼式換熱器流動傳熱性能的影響規(guī)律。

2.管殼式換熱器內(nèi)部換熱面泄漏對換熱器流動傳熱性能的影響規(guī)律研究。      

(1)建立管殼式換熱器換熱面泄漏的三維流動傳熱物理模型:    

(2)研究泄漏口尺寸對管殼式換熱器流動傳熱性能的影響規(guī)律;    

(3)研究泄漏口位置沿?fù)Q熱器管長方向變化對管殼式換熱器流動傳熱性能的影響規(guī)律;      

(4)研究泄漏口所在換熱管沿?fù)Q熱器管徑方向變化對管殼式換熱器流動傳熱性能的影響規(guī)律;    

(5)研究泄漏口數(shù)量對管殼式換熱器流動傳熱性能的影響規(guī)律。

基于進(jìn)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(jìn)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(jià)模型，給出評價(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)行過程中的進(jìn)出口動態(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)測模型進(jìn)吝分析，給出預(yù)測模型應(yīng)用誤差。由于受到檢修周期及有效檢測手段的限制，換熱器在運(yùn)行過程缺乏對運(yùn)行狀態(tài)的準(zhǔn)確把握，換熱器不良運(yùn)行狀態(tài)以及運(yùn)行故障主要有以下幾種情況：壓降增大：造成原因主要包括：介質(zhì)不潔凈或顆粒雜物太多，使板片或管束結(jié)塘或流道堵塞。    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)，對計(jì)算機(jī)配置要求較高，采用CFD前處理軟件很難對現(xiàn)場實(shí)際模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，為便于研究分析，本課題在研究的過程中，對現(xiàn)場實(shí)際換熱器進(jìn)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。換熱器流動傳熱性能模擬和等人釆用多孔介質(zhì)模型對液態(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)行對比。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(cuò)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。

濰坊譽(yù)金機(jī)械對原穩(wěn)站油行山管殼式換熱器實(shí)體模型進(jìn)行簡化建模，同時(shí)兼顧課題研究的準(zhǔn)確性和經(jīng)濟(jì)性。      

(1)建模時(shí)保留了折流板，考慮折流板對殼程流體流動和傳熱的影響。      

(2)對于傳熱管壁和折流板的處理采用了FLUEN丁中的薄壁模型，在后續(xù)的邊界條件設(shè)置時(shí)可以設(shè)定一個(gè)給定的壁厚，這樣減少了網(wǎng)格數(shù)量。      

(3)管束的_l幾封頭和下封頭沒有參與整個(gè)換熱器的傳熱和流動，不影響數(shù)值計(jì)算的結(jié)果，因此在建模時(shí)將上封頭和下封頭進(jìn)行簡化處理。(3)管束的_l幾封頭和下封頭沒有參與整個(gè)換熱器的傳熱和流動，不影響數(shù)值計(jì)算的結(jié)果，因此在建模時(shí)將上封頭和下封頭進(jìn)行簡化處理。    在對換熱器結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模時(shí)，考慮換熱器入日和出口部分對于一換熱器殼程整體流動特性的影響。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(gè)模型劃分成入口段、出口段和殼程三部分，進(jìn)行網(wǎng)格劃分。網(wǎng)格為非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，采用劃分的四面體和金字塔網(wǎng)格。