管式冷卻器常用指南【譽金機械】

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雜幾何結構造成的流道縮小和流動阻力、傳熱效應，通過數值求解平均的流體質量、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值模擬方法也有過類似的研究。在本課題中，根據大慶油田分公司產量，原穩站管殼式換熱器殼程入口速度在之間，根據物性和模型尺寸，計算得出換熱器殼程的雷諾數之間，所以換熱器殼程內部流動為層流，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和阻力系數，擬合出了所測的參數范圍內的阻力和換熱實驗關聯式，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，研究不同工況下換熱器的換熱性能。并編寫換熱器的沸騰用戶自定義（模型，將模型導入軟件。目前，油田三次采油中大量應用新型聚合物，導致管殼式換熱器結垢明顯增多，造成換熱熱阻增加、換熱性能降低。分析換熱器出現沸騰工況下內部蒸汽的流動情況，并根據對模擬結果的研究提出對換熱器的改進措施。通過對模擬結果的分析可知，研究的自然循環換熱器能及時有效排出堆芯余熱，雖然模擬值和設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果的分析。換熱器的復雜結構使換熱器局部產生了“傳熱死區”和“流動死區”，這些死區的存在影響了換熱器內自然循環的形成。當換熱器傳熱進行一段時間后換熱器內的殼側溫度會達到飽和出現沸騰，沸騰產生的大量蒸汽在換熱器的“尖角”處聚，會對換熱器內流體的傳熱和流動特性產生影響。

譽金機械運用CFD數值模擬方法，借助FLUENT數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評價換熱器結垢和泄漏提供理論依據。換熱器的復雜結構使換熱器局部產生了“傳熱死區”和“流動死區”，這些死區的存在影響了換熱器內自然循環的形成。主要內容如下:    

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律。

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

(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律;    

(5)研究泄漏口數量對管殼式換熱器流動傳熱性能的影響規律。

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部的結垢視為均勻結垢。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。油油管殼式換熱器運行一段時間后，殼程側表面會形成表面污塘層，由以上分析可知，認為其為均構。

本課題著重研究管殼式換熱器管壁結據對其傳熱性能的影響，且在實際生產過程中，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液固兩相流的影響，后續的數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節能和經濟性都有利，而當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據厚度的影響分析，鑒于本文所采用的物理模型特征，換熱管當量結坂厚度較小，為保證污據層網格質量，模擬對計算機的要求非常高。而當量均拒只為分析結坂對換熱器傳熱性能的影響，本課題忽略結坂對換熱器內部流場的影響，只考慮結塘對換熱面傳熱性能的影響。