随着经济的发展和科技的进步,人类社会对能源的需求量日益增大,能源短缺的问题日益严峻,换热器的热负荷也随之增大。但是换热器的效率低下的问题制约了工业生产的发展。因此,为了减少能源的消耗,提升换热器的能源利用率,需要对换热器进行改进。本文主要从传热工质和管程的结构两方面对套管换热器进行改进。在传热工质方面,采用新型传热工质纳米流体代替传统换热工质;在管程结构方面,用螺纹管代替光管。为了研究纳米流体和螺纹管对套管换热器的传热、流动和综合性能的影响,本文采用实验的方法,分析了七种纳米流体在光管和螺纹管套管换热器的努塞尔数、摩擦系数和综合性能指数。本文采用“两步法”制备了七种纳米流体,分别是Al2O3-水纳米流体,Cu O-水纳米流体,Fe3O4-水纳米流体,Mg O-水纳米流体,Si C-水纳米流体,Si O2-水纳米流体和Zn O-水纳米流体。制备的纳米流体质量浓度分别为0.5%、1.0%、1.5%和2.0%。通过沉降法和Zeta电位测试法对纳米流体的稳定性进行研究,结果表明,配置的纳米流体具有很好的稳定性。通过搭建套管换热器实验台,实验研究了纳米流体在光管套管换热器的换热能力。研究发现,纳米流体的努塞尔数和综合性能指数随着雷诺数的增加而增加。纳米流体存在最佳质量浓度,使纳米流体的努塞尔数和综合性能指数达到最高。纳米流体的摩擦系数随着雷诺数的增加而减少,随着质量浓度的增加而增加。本文还设计了螺纹间距分别为4 mm、6 mm、8 mm的三种螺纹管套管换热器,并对比了其与光管套管换热器的换热能力。研究发现,纳米流体的努塞尔数、摩擦系数及综合性能指数随着螺纹间距的减少而增大。质量浓度为1.5%的Si C-水纳米流体在螺纹间距为4 mm的螺纹管套管换热器的综合性能最好,且相比于去离子水在光管套管换热器的综合性能,综合性能指数最大提升了60.2%。