能源是现代社会的重要物质基础,提高换热设备性能对能源高效利用有重要意义。流型优化是提高系统传热效率的一种行之有效的方法。本课题研究目的在于研究通过改进矩形通道和管壳式换热器的内件结构,来优化其内流场的流动结构,进而提高系统的综合性能。本文首先通过换热实验和CFD模拟的方法,在Re=150~1200范围内对光滑矩形换热通道内的流动和换热特性进行研究,发现其内部流场几乎不存在扰动,壁面与流动主体之间的换热效率很低。于是,我们在通道内布置斜截式半椭圆柱型涡流发生器,对其流场进行模拟。结果表明,布置有涡流发生器的换热通道较光滑通道Nu增加,压降增大,并且强化效果随Re增大而增强。在涡流发生器布置处产生了纵向涡,使截面涡量值大幅增加,从而强化了换热过程。然后,本文对传统管壳式换热器内的流场进行了三维CFD模拟,结果发现,换热器内的每块折流挡板前存在面积很大的死区,浪费空间,增大了传热阻力,降低了传热效率。我们以优化换热器的综合性能为目标,通过改进换热器内件结构对其内部流型进行优化。内件结构的改进措施:改变折流挡板开口,改变折流挡板结构,改变安装倾斜角等,并对这一系列的结构进行了三维CFD模拟。模拟结果表明,随着换热器内件结构的改进,其内部流动结构不断得到优化,死区面积减小,流速分布变得均匀,整个换热器内流型区域平滑流场。最终得到的最优化结构内,换热器内流型接近理想的螺旋流,不仅明显降低了换热器内的压力损失,也使换热管表面的流体得到充分更新,提高了换热器的换热效率。