换热器被广泛应用于机械、动力、运输、空调、制冷、低温、热量回收、替代燃料和制造领域中。相较于传统的工业用换热器,热定型机蒸汽换热器需要更大的蒸汽流量。平均每台定型机消耗蒸汽大约0.5-1.2吨每小时。因此,对热定型机蒸汽换热器进行优化设计,提高换热器的热交换率后,将会明显提高此类蒸汽换热器的节能水平。针对此问题,本文将定型机蒸汽换热器分为管程传热与壳程传热两个部分,分别对两者的流动与换热过程进行数值模拟分析。在管程传热中,本文选择在水平换热管中插入芯棒来对其进行结构优化,并通过数值模拟的方式分析不同的芯棒直径与管子直径的比值下水平换热管传热性能的变化,并寻找最优的芯棒直径与管子直径比值。经过模拟分析,可知在水平管内加入芯棒能够提高管内混合相流体的速度梯度,增加冷凝传热效果。在含芯棒水平管中,水平管的换热效率随着管径比的增加而增加,当直径与管子直径比值在0.517和0.571的范围内时,水平管换热效率最高。当直径与管子直径比值高于0.571时,换热效率逐渐下降。含芯棒水平换热管中,随着直径与管子直径比值的增加,协同性能变好,当H/D大于0.517时效果更为明显。在壳程传热中,本文通过数值模拟的方式对螺纹翅片管的结构参数进行分析,并寻找翅片结构参数的最优值。之后根据场协同理论对分析结果进行对比与验证。根据模拟结果,翅片间距对翅片管换热系数的影响最大,其次是翅片高度,翅片厚度对翅片管换热系数的影响最小。同时,在一定范围内,翅片间距降低,翅片高度增加,翅片厚度减小都能够提高翅片管换热系数。同时随着翅片间距的降低,翅片高度的增加以及翅片厚度的减小,翅片管平均压降也将增大,说明翅片管换热系数增大的趋势将逐渐减缓甚至消失。同时,对换热管进行管间距和管束排列的方式进行研究。考察这两个因素对换热器换热性能的影响,探索换热管束不同管束排列方式在横向管间距上强化传热的最优参数。通过数值模拟对顺排、叉排两种排列方式进行对比后发现,差排管束排布时的流体在不断收缩和扩张的通道内流动,比顺排管束排布时的流体流动湍流强度更大,因此叉排不易在管子及翅片下游区域形成滞流区,叉排管束排布的传热效果要明显优于顺排换热器的传热效果。计算结果表明叉排时平均Nu比顺排时大25.3%。这个结果表明,相同管间距下顺排管束的换热效果不及叉排,但管外流动阻力的降低幅度要小。在本文的模拟研究参数范围内,水平间距对于热管换热器的传热能力存在最佳位置。本文选用翅片间距10mmm,翅片高度6mm以及翅片厚度1mm的热管模型做管束排布,其顺排时,最佳水平间距为110mm；叉排时,最佳水平管间距为50mm。