管壳式换热器是一种最广泛应用于众多领域的热能利用设备。提高换热器的换热效率不仅提高了经济性,还有助于节能环保。但在运行过程中,污垢沉积是换热器不可避免的问题,污垢的沉积是个复杂的过程且受换热器结构改变的影响较大,而结构改变是强化传热的主要方式之一。因此,为了真正的强化换热,新型强化换热管也必须考虑其污垢特性。多向扰流强化管在电厂凝汽器改造中取得较好的运行效果,但对其强化换热机理及污垢特性的阐述很少,本文将以多向扰流强化管为研究对象,主要研究内容包括两部分:首先,在阐述多向扰流管强化换热机理的基础上,与螺纹槽管和主流方向多纵向涡无抑制换热管的强化换热机理进行了比较,进一步研究了无量纲结构参数(H/D、P/D、B/D)对其综合换热能力的影响,获得了设计工况下的优化结构参数;其次,提出了一种基于FLUENT软件的UDF功能实现传质系数求解及恒壁温条件下结垢过程和温度场的耦合的数值模拟方法,并运用该方法对多向扰流强化管的抑垢特性进行详细分析,进一步地,采用田口法计算不同工况条件对多向扰流强化管析晶污垢的贡献率,并讨论了贡献率较大的工况对多向扰流强化管析晶污垢沉积特性的影响,在此基础上进一步分析湍流强化换热和抑垢的关系及比较运行工况对其关系的影响。主要结论如下:(1)多向扰流强化管的强化换热是多纵向涡在主流方向相互抑制各自的延伸发展与槽引起的横向涡综合作用的结果,并进一步指出多纵向涡在周向上将换热区域分为多对传热强化区和传热减弱区,在纵向涡个数一定时,存在一个最佳螺距使得传热强化最大;且多纵向涡的强化换热能力不仅受纵向涡的个数影响还受旋流强度的影响。(2)在Re<10000时,随着H/D减小、P/D增加和B/D增加,多向扰流强化管的综合换热性能下降;而在Re>20000时,存在较优参数,其中设计工况下,槽深为0.3mm,螺距为60mm,槽宽为3mm时,综合换热能力较好。(3)相比于光管,多向扰流强化管在强化换热的同时具有抑垢特性,进一步发现多纵向涡在周向也将换热区分为多对抑垢和增垢区域。(4)溶液溶度、壁面温度、进口流速和流体温度对污垢沉积的贡献率分别为53.2%,22.2%,19.3%和5.3%。进一步发现:流速在1~2.5 m/s范围内,随着流速的增加,相邻流速间的污垢热阻降低的比重明显减缓且到达渐进值的时间缩短;溶液溶度在4~2.5 kg/m~3范围内,随溶液溶度降低其相邻溶度间降低比例保持在25%左右;壁面温度在340~315 K范围内,前一阶段,降低相同的温度,污垢热阻降低比例基本上不变,而当温度降低到320 K后,污垢热阻降低明显。(5)恒壁温条件下,当湍流换热通用表达式中的指数大于0.8时,在强化换热的同时能够抑垢,而当该指数小于0.8时,只有强化换热达到一定程度才能够抑垢。且随着流速减小,壁温、溶液溶度和进口温度的增加,为了抑垢,强化传热效果的要求提高。