三分螺旋折流板换热器是在1/4螺旋折流板换热器基础上提出的一种新型螺旋折流板换热器。它继承了避免流动死区、有效降低壳侧压降、不易诱导振动和不易结垢等螺旋折流板换热器的共同优点，但是具有适合绝大多数管壳式换热器采用的正三角形布管的特点。其设计思路是每个螺旋周期由三块折流板组成，在螺距近似相同下其折流板零件数目比1/4折流板方案少25％。本文采用实验研究和数值模拟相结合的方式，深入研究三分螺旋折流板换热器高效强化传热的主要机理。　　对倾斜角为10°、15°和20°的扇形折流板方案（10°s、15°s和20°s），倾斜角为15°的椭圆折流板方案(15°e)，倾斜角为20°的轴向搭接扇形折流板方案(20°d)的分区布管三分螺旋折流板换热器和作为对比的螺距为115mm的弓形折流板换热器(seg1)传热和阻力性能进行实验研究。数据分析采用轴向雷诺数Rez,o作为自变量，壳侧努赛尔数Nuo、轴向欧拉数Euz，o作为因变量以及采用Nuo/Euz,o无因次组合数作为综合性能指标。在倾斜角为10°～20°三分螺旋折流板换热器的实验范围内，20°s方案的综合性能最佳但壳侧压降最小;15°s方案的壳侧传热性能和壳侧综合性能都优于相同司倾斜角的15°e方案;螺距相当的15°s方案与20°d方案的平均性能相近。在倾斜角为10°～20°三分螺旋折流板换热器的实验研究基础上，对倾斜角为20°、24°、28°和32°单头折流板方案(20°c、24°c、28°c和32°c)和32°双头折流板方案(2-32°c)的周向重叠三分螺旋折流板换热器以及作为对比螺距为80mm的弓形折流板换热器(seg2)进行水-水传热实验研究。周向重叠方案的实验表明:在实验范围内，总体传热系数K、壳侧换热系数ho和壳侧压降Δpo都随着倾斜角的增加而减小，20°c方案的传热和综合性能最佳，其平均壳侧换热系数、压降和综合性能指标（ho/Δpo）的平均值分别是弓形折流板方案相应值的1.12倍、0.56倍和2.035倍，双头折流板方案(2-32°c)的传热性能优于相同倾斜角的单头折流板方案(32°c)。　　为了揭示剧向重叠结构的流场特性和强化传热机理，对实验得出的最佳方案20°c进行数值模拟研究。构建了子午切片M1、偏心切片E1、螺旋切片S1-S3、横切片f1和f2以及正六边形切片H1-H4，采用云图叠加速度矢量的方法。结果显示速度、压力和温度均呈周期性分布，壳体近壁面附近流速较大，低速区集中在折流板背面。压力沿螺旋流动的纵向和周向呈阶梯状下降。每个螺旋周期中螺旋流体在离心力作用下形成离心流，在向心压差的作用下形成向心流，最终在离心流和向心流的相互作用下产生迪恩涡二次流，二次流能有效促进强化传热。周向重叠结构在相连折流板之间的V型缺口内一排管束的阻尼作用下，其逆向泄漏被有效抑制，螺旋通道内的流动接近于“柱塞流”。　　对四种螺距近似相同但折流板连接方式不同的三分螺旋折流板换热器壳侧流动和传热性能进行数值模拟研究。给出了壳侧速度矢量分布，壳侧轴向速度分布，壳侧切片上的云图，换热管T1-T9和换热管层N1-N4上局部换热系数分布以及总体性能变化曲线。结果表明:周向重叠(20°TCO)方案壳侧换热系数最大，综合性能指标（ho/Δp）最优。通过横切片、子午切片和正六边行切片上的流场分布可知每个方案中都存在迪恩涡二次流，但20°TCO方案的强度最强。20°TCO方案、周向重叠(20°TEE)方案在相邻折流板的V型缺口区域都存在逆向泄漏短路现象，但在20°TCO方案中明显少于20°TEE方案。20°TBV方案没有出现逆向泄漏，但在上游折流板连接处出现了死区。轴向搭接(36.2°TMO)方案在X型缺口外侧开启一个直接短路到下游通道的捷径，使壳侧流速和二次流强度明显减弱。　　对螺距近似相同但折流板形状或装配方式不同的倾斜角为20°三分周向重叠(20°TCO)、倾斜角为18°四分的周向重叠(18°QCO)和首尾相连(18°QEE)以及螺旋角为18.4°的连续(18.4°CH)螺旋折流板换热器的流动和传热性能进行模拟研究。展示了螺旋切片S1和同心正六边形切片H2和H3上速度云图叠加速度矢量，换热管T1-T9和同心换热管层N1-N4上局部热流密度分布以及总体性能变化曲线。结果显示:螺旋切片中流体呈螺旋状流动。正六边行切片观察到不同方案在相邻折流板V型缺口的逆向泄漏情况明显不同。T1换热管局部热流密度远高于外侧换热管，V型缺口附近局部热流密度较大。20°TCO方案总体传热系数K、壳侧传热因子jo、壳侧阻力系数ξo和平均综合性能指标(jo/ξo)都最优。　　依据实验研究和数值模拟，本文较为完整的研究了不同倾斜角和不同结构的三分螺旋折流板换热器以及作为对比的四分和连续螺旋折流板换热器的流动和传热特性。确立了有防短路特征的倾斜角为20°周向重叠三分螺旋折流板换热器的最佳传热和综合性能地位。