为了强化管内流体的换热,多种强化换热方式可以被采用,如施加脉动、插入物以及处理换热表面等。在众多的强化换热方式中,采用异型管强化换热的方式几乎没有增加系统的复杂性,这恰好适用于一些工业领域,如电厂换热器,海水温差发电换热系统,故本研究选择了异型管中能够独立支撑、容易产生流动分离、同时具有相对较低剪切速率的波壁管作为研究对象。虽然波壁管内流体的传质方面前人做了部分研究,波壁管内流体传热方面也进行了少量研究,但对其结构参数的研究并不完善,未发现从半径比、综合换热因子方面来分析波壁管的整体换热效果,同时未发现该管型在传统管壳式换热器内应用方面的探索。因此,本文采用数值模拟和实验相结合的方式,对波壁管内流体的热质传递及流动特性展开研究。首先,用数值模拟的方法分析了波壁管波长和波幅的变化对管内流动流体的速度场、温度场、涡量场的影响。研究发现,随着波壁管波长的减小,波壁管内流体流场的紊乱程度增强,进而提高管内流体的换热能力,但摩擦系数会随波长减小而小幅增加;同时发现,随着波壁管波幅的增大,波壁管内流体流场的紊乱度会增加,波壁管内流体的换热能力大幅提高;波壁管波幅较小时,波幅变化对摩擦系数影响很小,当波幅超过3.5mm后摩擦系数随波幅增加而急剧增加。其次,从压力梯度、场协同等方面分析了波壁管半径比的变化对管内流体流动与换热的影响。分析发现,波壁管波峰内顺压力梯度区的压力梯度明显高于逆压力梯度区,且顺压力梯度区的对流换热系数高于逆压力梯度区;波壁管半径比越小,管内流体的速度与温度场之间的协同程度就越高,换热效果越好;波壁管内流体的摩擦系数随半径比的增大先增加后减小,在半径比为1时摩擦系数达到最大值。再次,对波壁管内流体的热质传递及流动特性进行了电化学实验和可视化实验。电化学实验结果显示:增加波壁管的波幅或减小波长均能够强化管内流体的热质传递速率;可视化实验结果显示:波壁管波峰内流体易产生旋涡,使得质量传递方式以涡量扩散为主。最后,本文将传统管壳式换热器内的直壁管用波壁管替代,对替代前后换热器内的传热及流动特性进行了数值模拟分析,重点关注了换热管管型改变后壳侧流体的流场和温度场的变化。结果表明,波壁管换热器较传统直壁管换热器的换热效率大幅提高,同时发现壳侧压降有小幅下降;波壁管换热器的综合换热因子高于直壁管换热器,这可为波壁管在管壳式换热器内的应用提供重要参考。