一種管殼式換熱器殼程單相流動和傳熱的三維模擬方法，用體積多孔度、表面滲透度、分布阻力和分布熱源來考慮殼程復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)造成的流道縮小和流動阻力、傳熱效應(yīng)，通過數(shù)值求解平均的流體質(zhì)量、動量、能量守恒方程，得到殼程流動和換熱的分布。對上述提到的三維數(shù)值模擬方法也有過類似的研究。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）。   實驗方法研究了空氣在具有3種不同管徑19,25. 32mm的波紋管內(nèi)的流動與換熱特性。管外壁采用電加熱，來模擬均勻熱流條件，測得了不同工況下各種管徑的平均對流換熱系數(shù)和阻力系數(shù)，擬合出了所測的參數(shù)范圍內(nèi)的阻力和換熱實驗關(guān)聯(lián)式，并比較了相同管徑的波紋管和光管的換熱效果。

對換熱器進行不同工況分析，研究不同工況下?lián)Q熱器的換熱性能。并編寫換熱器的沸騰用戶自定義（模型，將模型導(dǎo)入軟件。目前，油田三次采油中大量應(yīng)用新型聚合物，導(dǎo)致管殼式換熱器結(jié)垢明顯增多，造成換熱熱阻增加、換熱性能降低。分析換熱器出現(xiàn)沸騰工況下內(nèi)部蒸汽的流動情況，并根據(jù)對模擬結(jié)果的研究提出對換熱器的改進措施。通過對模擬結(jié)果的分析可知，研究的自然循環(huán)換熱器能及時有效排出堆芯余熱，雖然模擬值和設(shè)計值之間有一定誤差，但是誤差很小不影響對換熱器模擬結(jié)果的分析。換熱器的復(fù)雜結(jié)構(gòu)使換熱器局部產(chǎn)生了“傳熱死區(qū)”和“流動死區(qū)”，這些死區(qū)的存在影響了換熱器內(nèi)自然循環(huán)的形成。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。

譽金機械運用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行模擬，通過對換熱器結(jié)垢和泄漏時的速度場、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)評價換熱器結(jié)垢和泄漏提供理論依據(jù)。換熱器的復(fù)雜結(jié)構(gòu)使換熱器局部產(chǎn)生了“傳熱死區(qū)”和“流動死區(qū)”，這些死區(qū)的存在影響了換熱器內(nèi)自然循環(huán)的形成。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。

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。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。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)。

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。通過工程實例，揖出了中等流速對系統(tǒng)節(jié)能和經(jīng)濟性都有利，而當(dāng)流速較低時需進行及時除塘。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。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?