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換熱器作為油氣礦場初加工裝置主要的傳熱設備，換熱器運行情況的好壞，直接影響裝置的運行效率。由于受到檢修周期及有效檢測手段的限制，換熱器在運行過程缺乏對運行狀態(tài)的準確把握，換熱器不良運行狀態(tài)以及運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，使板片或管束結塘或流道堵塞；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。受存在的非凝聚氣體影響；此外還和流體的流動速度有關，介質(zhì)粘性越強、循環(huán)（流動）越慢，則壓降越大。介質(zhì)內(nèi)漏：換熱設備內(nèi)的兩種介質(zhì)由于某種原因造成高壓側介質(zhì)向低壓側滲漏。換熱器由于處于受壓力、介質(zhì)腐燭性、流動磨燭，尤其是固定管板換熱器，還有溫差應力，管板與換熱管連接處極易泄漏，導致?lián)Q熱器內(nèi)漏。還有很多管殼式和板式換熱器經(jīng)常發(fā)生滲漏，尤其是介質(zhì)為循環(huán)水或水和高溫油類的碳鋼換熱器，泄漏頻繁，給生產(chǎn)帶來極大的安全隱患。泄漏：造成此原因多為密封塾片老化或者密封墊片材質(zhì)選用不適，也可能是各夾緊螺桿的螺母松脫以及一些腐蝕性、氧化性很強旳物料長時間沖刷所至。結據(jù)：由于換熱器長期使用，在熱交換表面形成一定厚度的污塘或水據(jù)，增大了熱阻，從而降低了換熱器的傳熱效率。

De BF和Catalano LA等人近提出一個新型沉浸粒子換熱器，它使用非常小的固體顆粒作為中間媒介來執(zhí)行兩個氣體在不同的溫度之間流動的熱傳導，開發(fā)了一種一維模型的理論計算換熱管長度，確保規(guī)定的熱交換和評價粒子特性的影響;提供了一個數(shù)值程序設計優(yōu)化熱交換器的其他幾何參數(shù)，比如直徑和角度的入口和出口管道和粒子注入模式。對用于火力發(fā)電廠的換熱器，換熱溫度通常提供高于8000C，為了滿足這一條件，熱交換器應該選區(qū)特殊的材料一一陶瓷，Monteiro DB等人門用CFD模擬來評估雷諾數(shù)在500到1500之間時傳熱因子和摩擦因子，比較了模擬結果與實驗數(shù)據(jù)。上海交通大學的曾偉平在研究板式換熱器的換熱和壓降過程中，先從單相流在板式換熱器流動出發(fā)，建立了單相的換熱和壓降模型，獲得某種具體板型的換熱及壓降關聯(lián)式系數(shù)，提出兩相流在板式換熱器中換熱的換熱關聯(lián)式和壓降公式。

對管殼式換熱器強化管外傳熱進行了數(shù)值模擬研宄，提出并分析了一種新型的傳熱強化元件——旋流片作為管殼式換熱器管隙間支撐物的傳熱強化機理。在支撐板附近，流體流速變大，形成射流，并且由于支撐板阻擋，在支撐板前面和尾部產(chǎn)生二次流，能有效沖刷管壁，減薄流動邊界層，起到強化傳熱作用。在實驗基礎上，采用周期性單元流道模型數(shù)值模擬了旋流片產(chǎn)生的衰減性自旋流的流動和傳熱特性，并采用分段綜合因子分析了傳熱強化的機理。結果顯示，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。

有旋流片段的綜合因子，尾流段的綜合因子接近于，在自旋流段的綜合因子，應當充分利用自旋流段低阻的特點對換熱器進行優(yōu)化。考慮介質(zhì)在管束間流動各項異性的特點，在分布阻力和體積多孔度的基礎上，提出了表面滲透度的概念，將其與試驗結果進行對比，取得了理想的結果。對復合波紋板片的板式換熱器的換熱阻力特性進行了數(shù)值模擬研究，采用非結構化網(wǎng)格，分別選用層流和瑞流模型，數(shù)值計算得到復合波紋型板式換熱器內(nèi)部的速度場，以及復合波紋型板式換熱器在不同數(shù)范圍內(nèi)的換熱準則方程式和摩擦系數(shù)關系式，證明了用數(shù)值計算方法研究復合波紋型板式換熱器流動與換熱性能的可行性。東北大學的尹俊以乂為開發(fā)平臺，利用數(shù)據(jù)庫技術，建立了獨立、幵放、數(shù)據(jù)共享、運行可靠的傳熱介質(zhì)物理性能數(shù)據(jù)庫，并實現(xiàn)了這些數(shù)據(jù)庫的動態(tài)查詢。

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，通過對換熱器結垢和泄漏時的速度場、溫度場等分析，得出泄漏和結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)評價換熱器結垢和泄漏提供理論依據(jù)。本文以管殼式換熱器結垢和泄漏的傳熱特性為研宄目標，對管殼式換熱器結垢及泄漏模型、求解方法，管殼式換熱器結垢及泄漏預測模型，現(xiàn)場試驗方法進行了研宄。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)研究泄漏口位置沿換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換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。