螺旋管因结构紧凑、换热系数高等优点在核能、石化等众多领域受到广泛应用,由清华大学自主研发的HTR-PM高温气冷堆采用螺旋管式蒸汽发生器。高温气冷堆蒸汽发生器内冷热流体间换热温差较大,需要考虑物性变化对流动与换热过程的影响。螺旋管内流体流动与换热及其变物性影响研究对于提高螺旋管式蒸汽发生器的热工水力设计精度具有重要意义。在边界层理论的基础上采用数量级分析的方法推导出粗糙螺旋管内湍流阻力系数计算公式,并根据实验数据拟合公式中的待定系数,所推导公式可以准确预测粗糙螺旋管内湍流阻力系数。粗糙螺旋管内湍流阻力系数随雷诺数的变化趋势与直管相似,分为过渡粗糙区与完全粗糙区,且二者的转变过程主要受粗糙元的影响。粗糙元对阻力系数的影响随着螺旋曲率和雷诺数的增大而增大。通过将液体动力粘度的倒数与温度的函数进行一阶泰勒近似,推导出光滑直管内液体变物性层流阻力系数与换热系数的显式计算公式。通过分析直管与螺旋管内变物性影响因子间的关系,得到了螺旋管内液体变物性层流阻力系数与换热系数计算公式。相比于传统公式,所推导公式对冷却与加热工况均适用,且能更准确的预测大温差下层流阻力系数与换热系数。在所推导公式的基础上定义了新的无量纲数,以评估变物性效应。在经典湍流边界层理论的基础上,通过将液体粘度变化对湍流流动的影响简化为对截面内无量纲速度和温度的线性分布与对数律分布转变点的影响,推导出了直管内液体变物性湍流阻力系数与换热系数计算公式。所推导公式可以准确预测实验数据,并且对加热、冷却以及不同流体均适用。在直管液体变物性湍流公式的基础上,推导出了螺旋管内液体变物性湍流阻力系数与换热系数公式。通过设计具有不同边界条件的算例,采用数值计算方法研究了浮升力、离心力对螺旋管内超临界水流动与换热特性的影响。结果表明,在加热工况下壁面附近流体密度降低从而导致离心力降低,因此相比于常物性流动,超临界水在螺旋管截面内二次流强度增大。由于浮升力的作用,螺旋管横截面底部二次流强度增大,顶部二次流强度减小。在拟临界点附近,截面内有效导热系数明显提高,截面内温度分布梯度降低,壁面温度周向分布的不均匀性降低。