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管壳式换热器因其结构简单,抗高温高压等优点,是现今应用最为广泛的换热器类型。提高管壳式换热器的传热性能,研发新一代的管壳式换热器的强化元件,对减低成本,节约资源有重大意义。随着科学技术的进步,换热器在温度方面的供热负荷逐渐提高。由于传统的换热器和工质结构在有限的换热面积内不能满足换热器对于高温的要求,所以为了有效提高换热器的总体传热性能,在各种换热器中都采用了翅片或强化圆管。现有换热器大部分是通过强化翅片或者增加翅片的换热范围或者增加空气侧的气流扰动来强化翅片侧换热,忽略了换热管的作用。而作为最适合用于管壳式换热器中的强化换热管目前又有种种不足。所以为了增加换热管的换热面积、加速管内流体的扰动、开发具有防垢功能和实现结构及制造工艺简单化的换热管,对现有的换热管进行了改进,在现有换热管的基础上得到了一种金字塔型异型管。本文采用数值模拟的方法,以水为介质对金字塔型异型管进行3D全管长建模仿真。流动特性方面,将金字塔型异型管和对应规格的光滑圆管的速度场、速度矢量图、流线图进行对比分析,研究金字塔型异型管的传热机理;传热特性方面,将金字塔型异型管和光滑圆管的温度场进行对比,研究了金字塔型异型管的局部Nu数分布,并将两种换热管的平均Nu数进行对比;探讨了金字塔型结构、Re数及旋涡对金字塔型异型管的传热性能的影响;为了寻求影响金字塔型异型管传热性能的最佳传热效率,分别以金字塔度L、金字塔仰角和金字塔高度H为变量参数,对金字塔强化管进行了几何结构的优化;为了进一步增加管内的对流换热,减小管内流体流动阻力,提出了内插中空扭曲涡产生器的金字塔型异型管。研究发现:（1）金字塔型异型管内局部换热特性随着金字塔单元也呈周期性分布,局部Nu数的最大值和最小值分别出现在金字塔单元的波谷和波峰处,最大换热系数是光滑圆管的2.7倍,而平均换热系数则是光滑圆管的2倍;（2）金字塔型异型管更适用于较高雷诺数;（3）金字塔的结构优化能使换热最大增强1.2倍,同时阻力增加1.56倍;（4）金字塔的相对长度L/D的最优值存在于0.79～1.05之间,仰角的最优值存在于39.80～450之间,相对高度H/D存在于0.09～1之间;（5）具有较小排布的金字塔强化管的减租效果更明显;（6）金字塔结构参数对横向涡的影响更大;（7）内插扰流元件的金字塔型异型管对比与金字塔强化管能使换热最大增强2.54倍,对比与光滑圆管能使换热最大增强2.9倍;（8）在Re=50～200范围内,金字塔强化管的综合强化传热能力更好;在Re=200～500范围内,金字塔强化管内插中空扭曲涡产生器的综合强化传热能力更好。（9）以绝对涡通量拟合的关系式误差在10%以内。