换热器广泛地应用于电力、石油化工、船舶等行业。提高换热器的综合效率对提升工业能源利用率,缓解能源供需矛盾具有重大意义。作为换热器主要部件的换热管,提高换热管的综合效率成为提高整个换热器性能的症结所在。通过数值模拟的方法研究了壁面螺旋微肋传热强化管的热工水力性能。研究结果表明,由于其几何参数之间的强相互耦合,在进行参数化分析时应当同时考虑螺旋角和微肋头数的影响。与光管相比,努赛尔特数最大可提升2.62倍,摩擦系数增加比的范围为1.17-3.37,综合性能PEC的范围为1.08-1.87。针对壁面螺旋微肋传热强化管几何参数之间的强相互耦合,本文分别对其进行了基于（火用）损最小化理论的多目标优化和基于迭代逼近辅助方法的多目标优化。研究结果表明,以传热（火用）损和流动（火用）损为优化目标得到的优化管型（e=0.23mm,φ=36.1°,Ns=66）在最大限度地减少对流传热过程中的不可逆性的同时取得了较好的综合性能。以努赛尔特数和摩擦系数为优化目标得到的优化管型（e=0.25mm,φ=59.7°,Ns=58）能够在不显著提高流动阻力的情况下,尽可能的提高管段的换热性能。在壁面螺旋微肋的基础上,本文提出了一种适用于层流工况的带有壁面交替正弦肋槽结构的传热强化管。研究结果表明,交替正弦肋槽结构可以使管段内部形成旋流结构,从而实现传热强化。此外,研究结果表明传热效率和（火用）传递效率量化了传热过程中热力学物理量输运的有效程度,表征了传热过程的不可逆性。而功传递效率量化了流体流动过程中功量输运的有效程度,表征了流动过程的不可逆性。