气流横向冲刷圆壳管束换热是目前工业上常遇到的换热方式,但对此种方式的传热优化研究报道很少.该文采用传热场协同的观点及传热数值模拟和实验相结合的方法对此传热方式做优化研究,对改进传统的传热技术有重要意义.对气流横向冲刷管束换热的数值模拟模型及方法进行了分析,对不同模型和方法进行了验证,用可实现k-ε两方程模型,近壁处理采用两层区域模型模拟气流横向冲刷管束流动和换热具有较高的可靠性.对气流以均匀进气横向冲刷方形区域布管和以不同扩张角进气横掠圆形区域布管管束的传热和阻力进行了数值模拟计算.均匀进气方形区域布管的传热性能优于扩张角进气圆形区域布管的传热性能,而阻力增大,其原因是在相同管数条件下均匀进气方形区域布管时每横向管排最窄截面处的平均速度比扩张角进气圆形区域布管时大.对于扩张角进气圆形区域布管,扩张角越大,传热性能越好,同时阻力也增大,是因为扩张角增大时气流分布向布管数较多的管排中心偏移,气流分布趋于均匀.在特定的布管圆区域内,对不同管间距对传热和阻力的影响进行了比较分析.推导出了气流横向冲刷管束层流和湍流换热时的传热Nu数与U·()T的关系表达式,用场协同原理对其进行了理论分析.分析了湍流时对流换热的场协同特点,指出湍流时场协同对换热的影响主要表现在粘性底层以外的壁面附近.分析了湍流时的传热机理,对现有的强化传热技术作出了统一的理论解释.基于数值计算和理论分析的结果,对气流横向冲刷圆壳管束的换热进行了试验验证,试验结果与数值模拟结果基本吻合.建立了换热器壳程流速分布不均匀对传热性能影响的数学模型,用理论分析和数值计算的方法,并从管内轴向流传热与管外横向流传热两个方面,研究了换热器因流道来流流速分布不均匀而造成的传热负荷偏移以及压降的变化.在设定的恒壁温条件下,当换热器各流道的当量直径、长度、传热面积和流道横截面积不变的情况下,经理论和数值模拟分析证明,因流速分布不均匀会导致各流道出口温度分布不均匀,对换热器总的传热量影响不大,但对压力降影响较大.