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發布時間:2021-08-19 18:44  
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本課題主要研究原穩站用油油管殼式換熱器的三維數值模擬,換熱器以含砂作為內部換熱介質,考慮換熱面結垢和泄漏的影響,建立管殼式換熱器結垢和泄漏的傳熱模型,借助軟件對換熱器溫度場、流場分布進行模擬,分析結垢厚度、泄漏口尺寸、泄漏口位置、泄漏口數量對換熱器傳熱性能的影響,創新點如下:基于流體力學和傳熱學的流動和傳熱基本公式,建立了管殼式換熱器結垢和泄漏的理論預測數學模型,運用此模型解決了管殼式換熱器結垢及泄漏的理論預測分析。在污水流量變化的情況下,分別測試了沉浸式換熱器在冬、夏季的傳熱系數。
蒸汽冷凝器主要研究內容包括以下三部分:管壁污垢對管殼式換熱器流動傳熱性能的影響規律研宄;換熱面泄漏對管殼式換熱器流動傳熱性能的影響規律研究;基于管殼式換熱器進出口動態參數一溫度、壓力等,對管殼式換熱器內部故障進行診斷評價研宄。數值模擬所用的時間相對于實驗要少,方便從各種參數的匹配組合中快速選擇的方案。本課題結合大慶油田分公司某大隊原穩站用管殼式換熱器的運行特點,針對含砂油含砂油換熱器這一特殊介質,借助軟件,在充分利用已有基本理論和研宄成果的基礎上,對管殼式換熱器結垢和泄漏進行了流動傳熱的數值模擬,分析結垢和泄漏對換熱器流動傳熱性響,研宄結論對利用換熱器熱工參數檢測管壁結垢和泄漏具有一定的理論用。

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。殼程為四面體網格,管程及殼程進出口管為六面體網格,終網格數量為I,952,621個。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。
基于進出口動態參數的管殼式換熱器內部故障診斷預測研究。
(1)基于進出口動態參數,建立管殼式換熱器結垢厚度和泄漏量的理論評價模型,給出評價模型的求解方式;
(2)基于分公司某大隊管殼式換熱器運行過程中的進出口動態參數,分析換熱器內部運行狀況,利用管殼式換熱器結垢和泄漏的理論預測模型進吝分析,給出預測模型應用誤差。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。 油田原穩站油一油管殼式換熱器內部結構復雜,結構尺寸大,采用數值模擬研究時,對計算機配置要求較高,采用CFD前處理軟件很難對現場實際模型進行網格劃分,為便于研究分析,本課題在研究的過程中,對現場實際換熱器進行模型簡化處理。
本文主要研究管壁污垢對管殼式換熱器流動傳熱性能的影響規律。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。考慮管壁污垢傳熱的影響,將污垢當量到管殼式換熱器的換熱管壁,建立管殼式換熱器的三維流動傳熱模型。在此基礎上,建立了管殼式換熱器內兩相流(油一砂)數學模型一混合模型,包括質量守恒方程、混合模型的動量方程、第二相的體積分數方程、相對(滑流)速度和漂移速度方程,采用有限體積法離散模型,使用穩態、隱式、分離式求解器,基于交錯網格的SIMPLE算法解決速度壓力藕合問題,研究中砂對換熱器殼程流場的影響,并分析結垢厚度對管殼式換熱器管程、殼程出口溫度和傳熱系數等參數的影響。