缠绕管式换热器作为一种管壳式换热器,由于其具备结构紧凑、换热性能高、热应力小等优点,被广泛应用于电力、化工、石油等领域。本文针对螺旋缠绕管式换热器内流体的流动与强化换热性能展开研究,通过搭建不同管结构的缠绕管式换热器三维几何模型,采用数值模拟的方法对不同异型管结构对缠绕管式换热器流动换热特性的影响规律展开研究;并对传统圆管进行开槽化处理,对比了不同开槽方式及开槽深度对传统圆管换热器的性能优化程度,获得了螺旋缠绕管式换热器内流动与强化换热性能的规律。(1)传统圆管式螺旋缠绕管式换热器换热性能研究。通过实验参数搭建三维模型并进行模拟研究,研究结果表明:采用RNG6)-模型计算出的数据与实验值更为接近,整体趋势一致,误差平均在7.2%;管程入口流量的提升对管内温度影响较大,但对壳程温度影响较小;通过管程PEC指数分析可知,随着管程流量的增大,管程压降增大,管内摩擦系数降低,且降低幅度逐渐减小。管程PEC指数随管程流量的增加而变大,换热性能得到提升。(2)异型螺旋缠绕管式换热器换热性能数值研究。通过对三叶型及水滴型缠绕管式换热器换热性能展开模拟研究,研究结果表明:在管程速度及温度一定时,增加壳侧入口速度,管内及壳内流体温度均下降,换热器壳侧低温段下移,流体压力损失增大;在相同工况下,水滴型换热器壳程出口温度要高于三叶型换热器,最大差值为3%,最小差值为1.6%。水滴型换热器整体的速度和温度分布更为均匀,流动换热能更快进入稳定;在相同工况下,三叶型换热器的壳程摩擦系数要比水滴型壳程摩擦系数平均大4.3%;水滴型换热器PEC值高于三叶型换热器PEC值。水滴型换热器换热性能要优于三叶型换热器。(3)基于开槽强化螺旋管式换热器换热性能数值研究。分析水平开槽及螺旋开槽对缠绕管式换热器流动换热的影响规律。并针对不同开槽深度下螺旋开槽换热器整体换热性能的影响,得到了如下结论:在圆管基础上进行开槽处理,能够对管壁表面边界层进行破坏,增强壁面流体的扰动,强化换热,但会增加沿程阻力。开槽处理能有效的提高换热器的综合换热能力;螺旋开槽较水平开槽换热器壳侧出口温度更高,Nu更大,阻力系数更小。螺旋槽换热器对比圆管换热器PEC值整体优化达25%,而平行槽换热器对比圆管的PEC值优化20%。螺旋槽换热器具有强化换热能力更佳;对比螺旋开槽换热器不同开槽深度,随着槽深的增加,Nu先增加后减小,阻力系数先增加后减小。同等工况下,开槽深度0.5mm的螺旋槽换热器PEC值最大。