换热器是诸多工业领域中不可或缺的重要设备,作用是为石油、化工、制药等企业生产线进行供热及控温,从而提高产品的生产效率和质量水平。本文将对广受应用的螺旋折流板换热器进行结构创新、方案设计、尺寸优化及试验验证,从而设计出面向高效率的换热器并给出具体结构尺寸方案。本文首先研究换热器传热过程及数值模拟,并通过试验验证模拟结果的正确性。依据传热学原理,分析换热器的换热过程及其数学描述,并基于Fluent软件,抽取仿真模型流道、设置材料属性、精细网格划分、搭建仿真环境,采用导热油系统设备对上述仿真模型进行试验验证,对比表面传热系数和壳程压降的仿真数据和模拟数据误差,验证仿真模型的正确性。其次,对新型螺旋折流板换热器进行设计及仿真分析。分析螺旋折流板数量、形状对换热器换热性能的影响,并以此为基础,设计一种新型螺旋折流板换热器,并通过数学推导得出新型螺旋折流板换热器建模公式,总结加热管布局、搭接度等重要组合参数的选取依据,并探索入口质量流量v、螺旋角度θ、折弯角度β对换热器性能的影响规律。分析新型螺旋折流板换热器的结构,给出最优的结构与工艺参数组合定量化结果。以入口质量流量v、螺旋角度α、折弯角度β为3个设计变量,以表面传热系数和壳程压降为选取螺旋折流板换热器的评价指标方式进行尺寸优化;以综合性能为选取螺旋折流板换热器的评价指标进行尺寸优化。最后全面分析3种螺旋折流板换热器的传热效果及各自优缺点。通过建立两种方案优化求解出的新型螺旋折流板换热器及3分螺旋折流板换热器的仿真模型,从表面传热系数、壳程压降、综合性能、加热管温度等方面进行性能比较,证明新型螺旋折流板换热器的高传热效率。本文所采用的螺旋折流板换热器设计思路、尺寸确定方案以及换热规律,对于换热器类其它相似产品的结构创新、设计方案及求解算法均有重要的参考意义。