在煤液化过程中,加热炉炉管内的气液固三相流体在重力作用下由于密度差异往往出现分层流动,管内气相空间过热极易引起结焦。结焦不仅会造成极大的能源浪费和经济损失,还会影响到设备的安全运行,带来极大的安全隐患。为消除近壁面区域的气相空间,本文以带螺旋内肋的多头螺旋管为主要研究对象,以光滑螺旋管为参照,对其管内多相流流动过程的研究,探索多头螺旋内肋管结构参数对管内多相流混合程度的影响,同时对其结构参数进行优化。首先对水平直管段内气液两相流流型进行实验和数值模拟,对比实验和模拟得到的气液分布图和压降损失情况,二者能够较好地吻合,从一定程度上验证了数值计算的可靠性。然后以螺旋管为研究对象,进行数值模拟和结果分析,发现带内肋的螺旋管中多相流混合程度优于光滑螺旋管。研究采用多元参数正交试验设计的方法确定计算方案,建立不同结构参数的物理模型,利用FLUENT中的VOF模型进行计算,考察管内流体流动过程中的质量偏心距、近壁面区域平均气含率变化、压降情况;利用综合平衡分析法和方差分析,对螺旋内肋管的流动过程进行分析,为螺旋内肋管结构参数的优化设计提供理论指导。结果表明:(1)对于质量偏心距而言,头数对其影响程度最大,相比之下,肋高及螺旋角对质量偏心距的影响并不显著;(2)内肋管的结构参数对流体流动过程中的压降均产生一定的影响,其影响的主次顺序为螺旋角、肋高、头数;(3)内肋管的结构参数对流体流动过程中的近壁面区域平均气含率影响的主次顺序为头数、螺旋角和肋高;(4)通过对正交试验结果的的综合平衡分析和方差分析,本文得出的优化方案为螺旋管的头数为3,肋高为2 mm,螺旋角为60°。