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管壳式换热器是工程中常用的热交换器,但存在着诸如壳程阻力大、易结垢、有传热死区以及管束振动等不足。螺旋折流板换热器通过改变壳程流体流动方式,消除了流动死区,从根本上解决了传统弓形板换热器的诸多缺陷。本文以螺旋折流板换热器为研究对象,在对数值模型进行实验验证的基础上,利用数值模拟的手段开展研究。首先,对不同螺旋角、搭接方式下的单螺旋折流板换热器壳程的传热及流阻特性进行模拟分析。其次,依据对单螺旋的模拟结果,提出了一种新型三螺旋折流板换热器,并对不同螺旋角的三螺旋折流板换热器进行数值模拟分析。最后以流体螺旋绕流单根换热管为例初步探讨了螺旋折流板换热器内换热管的振动特性。研究结果表明:(1)壳程对流传热系数与压降均随螺旋角的增大而减小,单位压降下对流传热系数随螺旋角增大而升高。(2)相同螺旋角的连续型三螺旋折流板换热器对流换热系数比单螺旋连续型折流板换热器高27.9%,壳程压降高42.3%,综合考虑传热与流动阻力的影响,三螺旋结构壳程j/f 1/3比单螺旋高13.67%,综合传热性能更高。(3)以T-Q图计算的由传热引起的火积耗散率随雷诺数变化规律与壳程对流传热系数随雷诺数的变化规律类似。螺旋角越大火积耗散率越小,雷诺数越大火积耗散率越大;(4)从轴向流动向横向流动变化的过程中,旋涡脱落频率先减小后增大,最小旋涡脱落频率在40°~50°范围,且来流入射角越大升力系数越大。