2020年9月,我国明确提出了在2030年实现“碳达峰”与2060年实现“碳中和”的目标,这一目标表明了对于能源的利用应更加高效且环保,而对于工业领域中应用最为广泛的管壳式换热器,其强化换热技术的研究一直都受到国内外学者的广泛关注。类螺旋流换热器是一种新型管壳式换热器,折流板的正交布置方式使壳程流体呈螺旋状流动,在此基础上采用数值模拟与实验验证相结合的方式,对三种不同换热器的流体滞留区进行定性与定量的对比分析,并对类螺旋流换热器内部流场形态做出细致研究。根据研究结果,在类螺旋流换热器的基础上进行结构改进,最后通过正交试验方法提高了换热器的流场均匀性和综合换热性能。本文主要的工作与研究结论如下:（1）对比了类螺旋流换热器与螺旋流换热器的流动形态和各项壳程性能参数,研究结果表明,类螺旋流换热器与螺旋流换热器流动形态具有很强的相似性,且在相同雷诺数下,类螺旋流换热器相比于螺旋流换热器,综合换热性能提高6.7～9.7%,类螺旋流换热器流场速度分布更均匀且综合换热性能优于螺旋流换热器。（2）根据停留时间分布理论（RTD）对三种管壳式换热器壳程流体滞留区进行了对比分析,研究结果表明,螺旋流动可以有效减小换热器壳程流体滞留区体积;通过改变折流板夹角,使类螺旋流换热器的流体滞留区减小18.3%,综合换热性能提升13.23%。（3）改进了类螺旋流换热器折流板结构,加强了管束区域流场的湍流强度,对比改进后的新型类螺旋流换热器,换热系数增大16.4～19.2%、壳程流场均匀性提升了9.1%、综合换热性能提升了16.7～19.6%。采用正交试验方法对新型类螺旋流换热器壳程性能进行优化,最终得出当折流板宽度为45mm,折流板间距为34mm,折流板夹角为60°时,壳程综合性能最佳,相比于优化前提升了13.5%。（4）搭建了类螺旋流换热器冷模实验平台,采用LDV对验证线上测量点的分速度进行测量,对比数值模拟结果,实验值与模拟值最大误差15.7%,整体误差在12.7%以下,数据吻合较好,验证了数值模拟方法与结果的准确性。