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換熱器是油田化工和其他許多工業部門廣泛應用的一種通用工藝設備，其中管殼式換熱器在石油化工行業中應用尤為廣泛。而管殼式換熱器成本較高，其熱工性能決定著后期運行成本。為此，國內外眾多學者對其流動傳熱進行了大量的研究。Ozkaya和Aradag等人[4]利用CFD軟件數值模擬研究了V字形密封板式換熱器的流動傳熱特性，模擬不同進出口溫度和質量流率的工況，得到了換熱器冷端和熱端的出口溫度和壓降，基于實驗數據，分析了不同努塞爾數和摩擦系數的相關性。大慶油田擁有大量的管殼式換熱器，其性能直接影響的處理過程和油田節能減排的落實程度，而隨著含水率增加，換熱器結據率明顯，易造成其壁面的結塘甚至堵塞，并且由于污拒會對換熱器材料腐蝕，容易導致壁面穿孔造成物料泄漏和損失，甚至產生隱患。為消除換熱器結據和泄漏造成的損失，油田管理部門每年都對換熱器進行清洗、堵漏作業，但目前尚無有效手段快速地評價換熱器的結塘和泄漏情況，導致需要針對每一臺換熱器進行處理，造成管理成本的增加。而管殼式換熱器的流動傳熱特性是評價其結塘、池漏的關鍵，也是進行有效預測的前提條件。

建立了一種復雜的數學模型，用于預測套管式換熱器內流體的流動及傳熱特性的數學模型，包括計算流體力學模型和計算傳熱學模型。其中，計算傳熱學模型中的瑞流擴散系數是利用溫度方差和溫度方差耗散率來求解，而不是利用通常采用的數假設值或實驗測定值來求解。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。分析換熱器的物理模型，對模型進行適當的簡化，分別對換熱器的管側和殼側的溫度場進行分析，研宄傳熱管束內部的傳熱過程，同時分析換熱器殼側不同位置處的換熱情況。對換熱器的出口平均溫度進行分析，分析出口平均溫度與設計溫度之間的誤差，評價換熱器的換熱性能。對換熱器殼側的速度場進行研究，分析換熱器的結構對自然循環的影響，并提出相關的意見對換熱器進行優化分析。

采用的模型為大慶油田分公司原穩站生產用油一油管殼式換熱器，內部流通介質為，內部含有細沙等雜質，這些雜質也是導致換熱器內部結垢的主要因素。對于管殼式換熱器，換熱管直徑相對很小，數量眾多，容易發生堵塞和結垢，而且對換熱管的清洗和更換十分困難，管殼式換熱器管程內部的流通介質為比較清潔的流體。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。綜合油一油管殼式換熱器此特點，本課題著重研究換熱器殼程側的結垢。 

根據大慶油田分公司原穩站油一油管殼式換熱器實體結構尺寸，該換熱器內部結構極為復雜，折流板、換熱管數量眾多，換熱管直徑0.032m，殼程直徑1.4m，換熱器長度為1 Om。殼程為沙子和的兩相流動，沙子的粒徑根據現場采集的數據大約在0。換熱器體積巨大，換熱管直徑與換熱器長度的比值小，利用CFD前處理軟件對其進行網格處理困難，網格數量太多，對計算機配置的要求非常高。