誉金机械运用CFD数值模拟方法，借助FLUENT数值模拟软件对管壳式换热器的三维模型进行模拟，通过对换热器结垢和泄漏时的速度场、温度场等分析，得出泄漏和结垢对换热器流动传热性能的影响，为下一步利用热工参数评价换热器结垢和泄漏提供理论依据。对同轴径向热管换热器壳程进行模拟计算，分析烟，速度、温度及局部对流换热系数沿壳程的变化规律，并寻求换热器结构参数优化值。主要内容如下:    

1.管壁污垢对管壳式换热器流动传热性能的影响规律研究。    

(1)考虑管壁污垢传热的影响，建立管壳式换热器的三维流动传热模型;

(2)研究油田原稳站用油一油管壳式换热器运行过程中，含砂对换热器壳程流场分布的影响，研究壳程流场内的含砂量分布情况;     

(3)研究结垢厚度对管壳式换热器流动传热性能的影响规律。

2.管壳式换热器内部换热面泄漏对换热器流动传热性能的影响规律研究。      

(1)建立管壳式换热器换热面泄漏的三维流动传热物理模型:    

(2)研究泄漏口尺寸对管壳式换热器流动传热性能的影响规律;    

(3)研究泄漏口位置沿换热器管长方向变化对管壳式换热器流动传热性能的影响规律;      

(4)研究泄漏口所在换热管沿换热器管径方向变化对管壳式换热器流动传热性能的影响规律;    

(5)研究泄漏口数量对管壳式换热器流动传热性能的影响规律。

换热器内砂沉积对结垢位置的影响    

换热器内管壁结垢主要受其液体介质含砂浓度的影响，对管壳式换热器壳程流场进行了液一固两相流数值模拟，根据模拟结果分析，确定换热器的主要砂沉积位置。壳程为沙子和的两相流动，沙子的粒径根据现场采集的数据大约在0.2mm-O.}mm之间。本次研究选用沙子粒径为0.2mm和0.4tn m，沙子的体积分数选为10%，壳程进口流速为0.7m/s，对管壳式换热器的壳程流场进行数值模拟。砂子体积分布的位置选取结果为沿换热器管长方向的四个截面，其中，z=-0.7n:为管壳式换热器壳程出I:l处的一个截而，z二一0.39m与z=0.016m为靠近管壳式换热器折流板的一个截面，z=0.7m为管壳式换热器壳程入I-I处的一个截面。NJiang和JLi对螺旋管式换热器的压力降进行了数值模拟研究。

在换热器整个壳程，固体砂子的体积分布整体比较均匀，为了数值模拟的方便，本课题忽略大粒径固体砂局部沉积对其浓度分布的影响，将管壳式换热器壳程内部的结垢视为均匀结垢。油油管壳式换热器运行一段时间后，壳程侧表面会形成表面污塘层，由以上分析可知，认为其为均构。后面两套网格计算结果相差小于60%综合考虑计算精度与计算花费，选取第二套网格:终网格数量为1,952,621个。

本课题着重研究管壳式换热器管壁结据对其传热性能的影响，且在实际生产过程中，中含砂率很低，所以在换热器传热性能的影响研究中忽略了换热器内液固两相流的影响，后续的数值模拟研宄中采用单相流模拟。对于单弓形折流板管壳式换热器不同结据厚度的影响分析，鉴于本文所采用的物理模型特征，换热管当量结坂厚度较小，为保证污据层网格质量，模拟对计算机的要求非常高。而当量均拒只为分析结坂对换热器传热性能的影响，本课题忽略结坂对换热器内部流场的影响，只考虑结塘对换热面传热性能的影响。换热器是油田化工和其他许多工业部门广泛应用的一种通用工艺设备，其中管壳式换热器在石油化工行业中应用尤为广泛。