近年来，随着资源环境问题日益严峻，人们开始逐渐意识到节能减排的重要性。而分离过程作为现代工业工程中的能源消耗大户，其能源利用效率的提高更是降低生产成本、实现节能减排的关键。机械蒸汽再压缩技术(Mechanical Vapor Recompression，简称MVR)是实现该目标的最有潜力的技术之一。　　本文结合MVR废水浓缩系统换热器小温差传热的特点，提出采用三维变形管作为MVR换热器管件，并在广泛查阅文献的基础上通过理论分析和数值模拟，对适用于MVR废水浓缩系统的三维变形管换热器的管壳程传热与流动情况进行研究，主要的研究内容和结论包括:　　1、建立二维微元体能量传递模型，运用Prandtl的边界层理论和过增元的场协同理论分析了强化传热机理的本质，得出结论，增强二次流扰动，减薄边界层及增大速度场与温度场的协同程度有利于传热强化，并将该结论运用于三维变形管换热器强化传热机理的研究中。　　2、运用计算流体力学软件Fluent对7种不同结构尺寸的三维变形管和相应的直圆管单管模型进行数值模拟，得到了所研究换热管管内温度场、速度场分布及流场分布情况，并分析了速度场分布、温度场分布及二次流分布对其管内传热与流阻的影响，还分析了换热管结构尺寸对管内二次流大小及流体流动状态的影响等。同时研究了流体雷诺数Re和三维变形管的扭程、长短轴比对其管内传热和流阻性能的影响，拟合出用于计算MVR废水浓缩工况下的三维变形管换热器的努塞尔数Nu和摩擦系数f的准则关系式，并参考前人总结的经验公式进行了对比分析。　　3、通过采用Mixture多相流模型和蒸发。冷凝传质模型对三维变形管换热器和直圆管换热器壳程蒸汽冷凝过程进行数值模拟研究，得到了壳程蒸汽冷凝的速度场、温度场、冷凝液、努塞尔数以及摩擦系数的分布图，通过对比分析，总结出了三维变形管换热器壳程冷凝强化传热效果较优的原因。　　4、结合传统管壳式换热器的设计过程和三维变形管MVR换热器的设计特点，引入前人总结的经验公式和本文拟合得到的准则关系式，利用Matlab软件编写三维变形管MVR换热器的设计程序和GUI可视化用户界面，简化了三维变形管MVR换热器的设计过程，并使用该程序将某电厂用于脱硫废水浓缩的MVR换热器进行优化设计，使其与原换热器相比，换热面积减少了约20％，总传热系数提高了约15％。　　本论文通过对三维变形管MVR换热器的管壳程传热与流阻特性进行理论和数值模拟研究，并开发了相关设计软件，既拓宽了三维变形管换热器的应用领域，也为MVR换热器优化设计提供了参考方法。