绕管换热器在工业生产中应用广泛,是热量交换的重要设备。螺旋管作为绕管换热器的基本传热元件,其强化传热性能对工业过程的节能降耗至关重要。在螺旋管中二次流是一种常见的流动状态,二次流强化传热技术已经得到初步的研究与应用。为了更好地应用二次流强化螺旋管内对流换热,本文通过分析螺旋管内二次流流型、二次流强度与对流换热强度之间的关系,提出了螺旋管内二次流强化换热技术的具体方法。本文的主要研究内容及结果和结论如下:(1)对螺旋管内二次流流型流态变化规律进行了数值模拟研究。结果显示,螺旋管内二次流流型总体上呈现出对称的双涡旋结构。在一定范围内,涡旋大小随雷诺数的增大而增大,随螺距的增大而减小。但当雷诺数或螺距增大到一定程度,二次流双旋涡结构呈现出了不稳定性。两个涡旋中心连线与竖直方向的角度随着螺距的增大而增大。(2)为了更准确的定义螺旋管内二次流强度,探究螺旋管内二次流强化传热规律。分别针对普通螺旋管和复杂结构螺旋管,提出了管内二次流强度参数Ds数和二次流强度角β。Ds数和β越大,表明二次流强度越大。对螺旋管内二次流流型、二次流强度与对流换热强度进行了数值模拟研究。结果显示,在本文研究的螺旋管结构参数和工艺参数范围内,当Ds数处于约1327至4016区间内时,即当管内二次流强度角处于0.5°至1.5°区间内,螺旋管有较好的传热性能,此时螺旋管对流换热相较直管的综合评价因子在1.15至1.25范围内。(3)为了进一步提高螺旋管内二次流强化传热效果,提出了一种新型螺旋纵槽管,并通过数值模拟的方法验证了螺旋纵槽管的换热性能。研究结果显示:螺旋纵槽管换热性能最优,其对高普朗特数流体的强化传热效果优于低普朗特数流体,强化换热效果受进口雷诺数的影响不大。此外,针对螺旋纵槽管的结构参数进行了优化研究,参数包括螺旋槽槽深、螺旋槽螺旋角和螺旋槽头数。研究结果显示:螺旋角对综合评价因子的影响较大,而槽深和头数对综合评价因子的影响较小。最优参数方案为:槽深0.5mm,螺旋槽螺旋角82°,螺旋槽槽头数为1,此时的螺旋纵槽管相较于普通螺旋管的综合评价因子为1.173。