随着能源的日益紧缺,以提高能源利用效率为目的的高效节能换热器已成为国内外研究的热点。对流换热强化技术中的被动强化技术因无需外部提供动力,因此被广泛应用于换热设备中。本文在凸胞凹坑板式换热器的基础上,提出在圆形光滑管表面上交错均匀冲压出一定深度的凸胞形成凸胞换热管,以提高换热效率。首先,本文在以实验数据验证计算模型正确的基础上分析了凸胞管的强化换热机理,随后研究了结构参数及排列方式对凸胞管内部换热及流阻性能的影响并对其进行了优化,最后对凸胞管与螺旋槽管、横纹槽管的性能进行了对比。主要研究结果如下:(1)以错排凸胞管为例建立物理和数学模型,将模拟结果与文献中的实验数据、经验公式进行对比,验证计算模型的正确性;将凸胞管与光滑管进行对比,从速度场、湍动能及场协同理论分析凸胞管的强化传热机理。结果表明:相较于光滑管,凸胞管的换热性能提高了 14.93～25.87%,流动阻力平均增加了 1 8.17%;由传热机理分析可知,流体经过凸胞时可产生垂直于主流方向的二次流,减小了速度场与温度场的场协同角,提高了热传递效率。(2)从单因素、多因素分别研究了凸胞结构参数、流动参数对换热及流阻性能的变化规律,并分析了各个参数的影响程度;利用MATLAB对仿真计算得到的69组数据进行线性回归分析,拟合出了Nu、f的准则关联式;以Nu、f、PEC为目标函数对结构参数及流动参数进行优化设计,对比ANSYS Workbench中的优化模块与MATLAB工具箱中的fmincon函数的优化结果,得出h=2.4mm,r=2mm,p=20mm时,凸胞管的强化传热效果最好。(3)比较凸胞错排、对排、螺旋排列三种方式对传热及流阻特性的影响,将凸胞管的换热性能、抗污垢性能与横纹槽管、螺旋槽管进行对比,结果发现:凸胞对排时的Nu与错排相差不大,但f大于错排,综合换热性能弱于错排;凸胞螺旋排列角度为120度时换热性能最优,流动阻力最大;在研究的特定结构下,凸胞管的Nu、△P均为最小,表征换热性能的场协同角最大,考虑了流动阻力之后的综合换热性能PEC最优,凸胞管中的污垢沉积量最小,抗污垢性能最优。(4)在研究的参数范围内,利用MATLAB中的App Designer工具设计凸胞管换热器App,通过实例验证App的准确可靠性,并将相同工况条件下设计的凸胞管换热器与光滑管换热器进行对比,凸显凸胞管换热器的优势。本课题的研究成果为新型凸胞换热管在实际工程中的应用提供了一定的理论基础,为强化换热技术提供了新的思路。