换热器广泛应用于石油化工、能源动力、冶金、制冷、海水淡化等工业领域。其性能的好坏不但直接影响到各部门生产的顺利进行和对产品质量的控制,并且可能造成其自身的高能耗、低效率及可靠性差等诸多问题。在各种换热设备中,管壳式换热器由于结构简单、传热效果较好、设计加工工艺成熟以及适应性强等特点而成为应用最广泛的一种(约占换热设备总量的55～70%)。但是,由于受传统结构限制,管壳式换热器自身也存在一些缺点,特别是对于弓形折流板壳程结构,主要表现为:(1)流动死区大,使换热器整体传热效率降低;(2)壳程流动阻力较大,使动力设备负荷增加;(3)对于含杂质的流体介质,壳程极易形成污垢积累,缩短换热器有效使用周期;(4)壳程旁路流动的存在降低了换热器整体性能;(5)容易造成管束的诱发振动,进而导致管子与管板连接失效。因而,针对传统管壳式弓形折流板换热器的一系列缺点,开发新型高效换热器,在有效利用能源的同时,实现设备有效使用周期的提高并在不破坏现有生产工艺线路的前提下灵活实现生产增容,就具有十分重要的工程意义和可观的经济效益。而螺旋折流板管壳式换热器正是基于这样的考虑而研究开发的一种新型、高效、节能的传热设备。本文从结构分析、数值模拟以及试验研究等方面对螺旋折流板换热器的结构设计及性能特点进行了初步探讨,主要研究工作包括: (1) 对螺旋折流板换热器折流板、相关配件以及整体结构设计进行了较为详细的阐述,得到了不同结构螺旋折流板的设计关系及加工装配方法,可用于螺旋折流板换热器的工业化生产;研究并开发出新型螺旋折流板;同时对双壳程螺旋折流板换热器的设计思想做了初步探讨。(2) 采用计算流体动力学方法对比研究了不同结构参数和操作参数对弓形折流板换热器以及螺旋折流板换热器性能的影响。分析了折流板与壳体之间间隙、折流板螺距、添加绕流板以及改变流体物性等对螺旋折流板换热器流动与传热效率的影响。结果表明,相同操作条件下,螺旋折流板换热器综合性能优于普通弓形折流板换热器。(3) 构建螺旋折流板换热器热态试验测量系统。(4) 在冷态可视化试验研究的基础上,对不同结构螺旋折流板换热器进行