换热器作为工业中一类不可或缺的设备广泛运用于能源、动力、冶金、化工、汽车等工程领域。其中管壳式换热器是发展最早技术最成熟的一类换热器。在中国,管壳式换热器发展起步较晚,从1963年制造出第一台标准TEMA管壳式换热器仅仅只有50多年的历史。虽然目前制造技术很成熟,但是传统的管壳式换热器依旧存在许多流动和传热性能上缺陷。多年来我国研究人员也一直致力研究改善管壳式换热器的结构以改变壳侧或者管侧流体的流动方式从而达到强化传热节能减排的目的。本文基于一种单弓型管壳式油冷器,提出了三种壳侧结构的改进方式。通过商业软件FLUENT以及HTRI使用了周期性模型以及单元流道模型对流场进行了数值模拟。重点研究分析了结构变化对换热器壳侧流动换热的影响。第一种结构为在原油冷器基础上添加旁路挡板的方式,原设计在壳程壁面附近的流速较大,漏流量较多,而管束中心区域的流速则较低,削弱了管内外流体之间的传热强度;当添加旁路挡板之后,原漏流区域的流速大大降低,而管束中心区域的流速则明显增高,管内外流体之间的传热显著增强,达到了原来的设计要求。第二种结构基于单元流道模型,考察了三叶孔板开孔尺寸对换热性能的影响。结果显示沿程的流动和传热特性具有周期性。此外,径向开孔宽度δ的变化对整体换热性能的影响大于切向开孔高度H变化带来的影响,较小的径向开孔宽度以及适中的切向开孔高度能获得较好的换热效果。分析表明:换热最强的地方在孔板附近,且δ变化对该处平均对流系数带来的影响要比H大,因此,δ变化对整体换热效果的影响要比H大。第三种结构基于三叶孔板油冷器,将换热管从光管变为三叶型肋片管。分别研究了有无肋片、肋片间距不同以及相邻肋片管不同肋片排列方式对壳侧流体换热的影响。结果表明,对于油这种高Pr的流体来说,肋片管的效果远好于光滑管。并且肋片间距越小换热效果越好。另外,基于核心流强化理论和场协同理论分析表明,在相同流体速度以及肋片间距情况下,相邻肋片管肋片错位排列的换热效果要了好于正常排列的肋片管。