建立了一種復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型，用于預(yù)測(cè)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(lái)求解，而不是利用通常采用的數(shù)假設(shè)值或?qū)嶒?yàn)測(cè)定值來(lái)求解。分析換熱器的物理模型，對(duì)模型進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化，分別對(duì)換熱器的管側(cè)和殼側(cè)的溫度場(chǎng)進(jìn)行分析，研宄傳熱管束內(nèi)部的傳熱過(guò)程，同時(shí)分析換熱器殼側(cè)不同位置處的換熱情況。對(duì)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。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(duì)換熱器殼側(cè)的速度場(chǎng)進(jìn)行研究，分析換熱器的結(jié)構(gòu)對(duì)自然循環(huán)的影響，并提出相關(guān)的意見(jiàn)對(duì)換熱器進(jìn)行優(yōu)化分析。

國(guó)內(nèi)外己有的研究，對(duì)于管殼式換熱器內(nèi)漏問(wèn)題的數(shù)值模擬研究相對(duì)較少。通過(guò)對(duì)換熱器工況進(jìn)行模擬計(jì)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(guò)分析換熱器管程和殼程溫度變化來(lái)判斷換熱器泄漏及泄漏程度的方法。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。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(guò)低以及垢下腐蝕等并終導(dǎo)致泄漏。當(dāng)換熱器傳熱進(jìn)行一段時(shí)間后換熱器內(nèi)的殼側(cè)溫度會(huì)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(huì)對(duì)換熱器內(nèi)流體的傳熱和流動(dòng)特性產(chǎn)生影響。并針對(duì)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(kāi)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(duì)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(duì)換熱器不同泄漏介質(zhì)的性質(zhì)來(lái)確定檢漏方法。數(shù)值模擬所用的時(shí)間相對(duì)于實(shí)驗(yàn)要少，方便從各種參數(shù)的匹配組合中快速選擇的方案。國(guó)內(nèi)外己有的研究，對(duì)于管殼式換熱器內(nèi)漏問(wèn)題的數(shù)值模擬研究相對(duì)較少。

管殼式換熱器運(yùn)行過(guò)程中的速度矢量分布，在換熱器運(yùn)行過(guò)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(wèn)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(dòng)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(shí)，砂容易在速度降低區(qū)域形成砂分沉積。砂粒徑0.2mm時(shí)，管殼式換熱器模擬運(yùn)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(gè)截而的砂體積分情況。山于此時(shí)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(dòng)能很好的帶動(dòng)砂流動(dòng)，導(dǎo)致?lián)Q熱器整個(gè)砂的體積分布較均勻，整個(gè)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(duì)基于熱工參數(shù)檢測(cè)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(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(duì)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)。結(jié)果顯示，旋流片能起到擾流作用，并使流體強(qiáng)烈地沖刷傳熱管壁面強(qiáng)化傳熱。

本課題著重研究管殼式換熱器管壁結(jié)據(jù)對(duì)其傳熱性能的影響，且在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)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(duì)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(duì)計(jì)算機(jī)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(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。而當(dāng)量均拒只為分析結(jié)坂對(duì)換熱器傳熱性能的影響，本課題忽略結(jié)坂對(duì)換熱器內(nèi)部流場(chǎng)的影響，只考慮結(jié)塘對(duì)換熱面?zhèn)鳠嵝阅艿挠绊憽?