在换热管外壁安装螺旋片可以起到强化壳侧传热的作用,当螺旋片高度与内外套管环隙相同时,可以近似地将换热器壳侧看成为一个矩形截面的螺旋通道。本文对矩形截面螺旋通道内流体流动与传热特性进行了分析研究。结果表明,传热系数随曲率、雷诺数以及普朗特数增大而增大;随高宽比增大而较小;低雷诺数下,挠率对传热系数影响很小,高雷诺数下,挠率为曲率一半时,传热系数最大。在矩形截面中心处,速度场与温度场的协同性较差。对螺旋通道内流场与传热特性的研究结果表明,对于单一螺旋片强化的换热器壳侧,改善其矩形截面内的二次流动,提高速度场与温度场的协同性将是进一步提高其传热效果的关键。为此,本文在矩形截面的螺旋通道中安装了涡发生器,以期其能改善截面内的二次流动,并增加流体的湍动程度,从而进一步提高换热器壳侧的传热效果。对安装扰流柱(柱型涡发生器)的矩形截面螺旋通道内的流体流动特性进行了实验和数值研究,并与未安装扰流柱的矩形截面螺旋通道内的流体流动特性进行了比较。研究结果表明,在矩形截面螺旋通道内安装扰流柱后,截面内的二次流动状况得到了明显的改善,相应地,涡量中心绝对值明显增大;通道内流体的湍动程度以及瞬时速度的脉动频率显著提高。基于对安装扰流柱的矩形截面螺旋通道内流体流动特性的研究,本文在螺旋通道中周期性地安装了涡发生器(柱型或翼、翅型),将其与螺旋片复合起来,以进一步强化换热器壳侧传热。对螺旋片与涡发生器复合强化的换热器壳侧的传热性能进行了实验测试,为方便比较,还对未强化的传统套管换热器以及单一螺旋片强化的换热器壳侧的传热性能进行了测试。在相同质量流量、相同压降及相同泵功三种条件下,对各种强化方案进行了评价。研究结果表明,在内管外壁上安装螺旋片能提高换热器壳侧的传热性能;螺旋升角越小,换热效果越好,但阻力损失也越大。螺旋片与柱型或翼、翅型涡发生器复合强化传热比单一螺旋片强化更具有优势。当传热面积与数量相同时,三角翼型涡发生器的综合传热性能优于其它型式的涡发生器。