锅炉设备中的空气预热器位于锅炉烟气温度比较低的区域，目前大都采用的是光管式空气预热器。普遍存在传热效率低及低温腐蚀的问题，从节能和余热回收利用的角度出发，应当强化传热过程、提高管壁的温度。通过分析，认为采取提高气侧与管壁间的换热系数将有助于解决这些问题。论文在查阅了相关文献的基础上，比较了几种不同的管内强化换热措施，提出一种内置涡发生器的内插管式空气预热器。内置涡发生器的内插管式换热管采用一根小管插入大管内，大管底面封闭，小管外壁上排列纵向涡流发生器。经分析，认为半椭圆柱面纵向涡流发生器流线型较好、流阻小，具有良好的换热强化性能。和其他学者研究的管内强化传热措施相比，内置涡发生器的内插管式换热管可双重强化传热，将其应用于空气预热器可以起到大大提高烟气侧和空气侧的换热系数、管内不易积灰的目的；同时提高了管壁温度，能够减轻低温腐蚀的程度和速度。因而可以认为该内插管式换热管适合于代替光管改造管式空预器。本文以流体力学理论和传热学理论为基础，利用数值模拟方法，以内置涡发生器的内插管式换热管为研究对象，空气管内纵向冲刷，烟气管外横向流动。研究设置半椭圆柱面涡发生器的内插管式换热管的流动和传热特性，找出影响半椭圆柱面涡发生器换热性能的主要因素，并对其结构进行优化。在理论指导方面，结合传热学、高等传热学和流体力学的相关理论，讨论了纵向涡的发生机理、纵向涡强化传热的机理，对对流换热的场协同理论、流动控制方程、边界层理论以及边界条件进行了分析。在数值模拟方面，利用FLUENT软件分别研究了半椭圆柱面涡发生器的高宽比、倾角、攻角、间距及排列方式对其流动与传热性能的影响，证明了涡发生器双列布置时的换热强化效果要优于单列，得出涡发生器的高宽比、倾角、攻角、间距分别在v=0.5、α=15°、β=60°、s=100mm左右时的传热性能较好。为获得更为准确、换热综合效果更优的涡发生器对结构参数，分别在其较优范围内取值安排正交试验进行整体优化，最后得到一组换热效果最优的结构参数(涡发生器对高宽比v=0.46、倾角α=13°、攻角β=55°、间距s=90mm）。