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本文主要针对波节管换热器展开研究，内容集中在管间流动换热和壳程进口整流上。首先对三角形波节管管束的布置形式进行分析，在此基础上提出错位波节管管束，并对其进行深入分析，利用minitab软件进行响应曲面优化。而后对壳程进口进行结构优化，并对整流效果进行模拟分析。具体如下：(1)从换热器中抽取出了三角形管束换热单元，并提出一种新型的错位波节管管束。其次对波节管管束进行网格划分，并进行了网格无关性验证，即当主流区网格大小为0.55左右可保证精度。而后结合经验公式并用两种湍流模型对光管管束模型进行了计算及对比分析，发现采用Realizable k-ε与经验公式的吻合度较好，且其误差均控制在15%以内。对比研究了传统和错位波节管管束在不同雷诺数下对传热性能的影响规律，发现两种管束的离散突起聚集状态的不同对流动换热有着较大的影响，错位波节管管束将波节错位，离散波节的扰动大幅降低，但增大了流体扰动的频率，从而具有更低的阻力特性，在温差下降时保持基本相同的换热特性。即错位波节管可在换热性能相近的前提下，大幅提高阻力性能，从而其综合换热性能相比传统波节管管束可提高7-24%。(2)在改变波高、波距、管距和流速下，研究了错位波节管管束的传热性能、阻力性能以及综合传热性能，并结合局部Nu和ΔP进行了细致分析。发现增大波节间距，换热性能和阻力降低且下降幅度逐渐减小，而管束的η逐渐增大且最大幅度逐渐减小。增大波节高度，换热性能和阻力基本成比例提高，但阻力的增加幅度较大，致使换热性能管束的η下降。增大管间距，换热性能相对光管逐渐降低且下降幅度越来越小，阻力相对光管逐渐提高，η则随之降低。(3)针对错位波节管管束，在改变各结构参数下，对错位波节管管束的速度场、温度场、压力场、湍动能及湍流耗散率等进行了细致分析。发现波节间距增大，离散波节对流体扰动大小不变，而同一流程上的平均速度呈非线性下降，从而换热性能及阻力呈现减小幅度降低的非线性下降。波节高度越大，离散波节对流体的扰动呈线性增大，换热性能呈线性增加，由于相邻波节的湍流核心区相互叠加增强，阻力呈现增幅增加的非线性变化。管间距越大，流速越低，离散波节对流体扰动大幅下降，换热效果随着降低，湍流核心区及湍动能减小。(4)采用minitab软件结合四种影响因子对五种响应值进行了响应曲面分析。通过方差分析，运用P和F对单因子，交互因子和平方因子的显著性进行了排序，并通过响应曲面分析，对因子与响应值的影响规律进行了揭示。剔除非显著因子得到最优拟合二元回归方程，利用帕雷托优化设计来得到一对矛盾响应值Nuc/Nus和fc/fs的最优曲线，进而得到η的极大响应，当Nuc/Nus为1.43时，可获取最小的fc/fs为1.585，此处对应的综合传热系数为1.845。(5)针对换热器壳程进口结构进行了数值模拟研究。对比发现新型换热器壳程区域流速较高且较为平稳，基本为纵掠管束流动。而后，针对梳形挡板的不同结构研究了相应的壳程流动状态，发现当梳形挡板取第一种类型，整流孔占比Φ为12.81%时，流体达到稳定流动的壳程长度较小，不均匀度的峰值最小且稳定流动中的同一截面下流动均匀性最好。流体沿壳程流动中管束中心区域流速的相对偏差较大且呈减小趋势，而边缘区域流速的相对偏差较大且呈增大趋势。夹层结构影响了大部分流体的流线形式，决定了大部分壳程流动区域的偏差类型，而梳形挡板可以在一定范围内对流动区域的均匀性进行改善。在不同Re下，较低Re有利于流动均匀性的提高，但Re对壳程流体的流动分布影响较小。