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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。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。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。

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。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。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。

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。換熱器由于處于受壓力、介質腐燭性、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，導致換熱器內漏。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。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。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。

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。流經塊支撐板后，流體已充分發展，并且隨著殼程結構周期性變化，傳熱與壓降也呈現周期性變化。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。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。由于單弓形折流板管殼式換熱器是復雜幾何體，網格劃分需要采用分塊劃分的方法，將整個模型劃分成入口段、出口段和殼程三部分，進行網格劃分。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。