换热管内插螺旋技术被广泛应用工程中,虽然这项技术能提升换热管的换热系数,但增大了流动阻力。为了能够全面了解螺旋结构参数丝径、中径及节距对立式上行管流场及传热影响,本文将通过螺旋往复运动分析、数值模拟、粒子图像测速(PIV)实验以及传热实验方法进行展开。本文研究内容如下:首先,分析内插件传热技术与流场可视化研究现状,提出立式上行管内插螺旋换热器管内对流场及传热性能研究问题。通过内插螺旋往复性分析螺旋结构参数与轴向波速关系,螺旋结构参数与轴向波速关系紧密;通过冷膜立式上行管内插螺旋往复实验,发现仅依靠自身流体冲击就可以做往复周期运动,所得到实验数据为数值模拟提供依据。其次,利用Fluent软件对立式上行管内插螺旋管内流场进行数值模拟,分析螺旋结构参数(e、D及p)对管内流场、传热、阻力及PEC影响。研究结果表明,和光管相比,在相同Re条件下内插螺旋换热管Nu提高1.84到2.85倍;阻力系数提高5.00到10.20倍;综合传热性能最好螺旋结构参数e=1.6 mm、p=20 mm、D=24 mm,PEC均大于1,其中最大为1.25,最小为1.04。再次,搭建PIV管内流体流动测量平台,分析螺旋结构参数对管内流场影响。实验结果表明:Re从6999到17180,实验结果与光管进行对比发现,内插螺旋管核心区域的径向速度呈M型起伏变化,光管径向速度几乎没有波动;其轴向速度提高了 1.19～1.35倍;流体涡量增加,并且扰动剧烈,涡量提高了 1.05～1.55倍。最后,搭建传热性能测试实验平台,分析螺旋参数(e=0.8、1.2、1.6mm,D=24、27、30 mm及p=10、15、20 mm)对换热管传热系数影响,通过正交因素法分析得到影响K重要次序分别是p>e>D;相对于光管,当换热管Re从6999到17180最优组合是e=1.6 mm、p=20 mm、D=24 mm;最优节距、丝径、中径相比于空管K依次提高 40.5%～50.2%、35.8%～40.9%、30.3%～33.1%。综合数值模拟、PIV实验和传热实验研究结果发现:R从6999到17180,螺旋结构参数对PEC、流场和传热性能影响次序分别是p>e>D;随着Re增加,螺旋结构参数影响次序相同,最优螺旋结构参数是p=20mm、e=1.6mm、D=24mm。