管壳式换热器是工业领域广泛使用的一种设备,随着节能减排工作的不断推进,传统管壳式换热器的优化改进受到了人们的重点关注。螺旋流动是管壳式换热器中较为理想的流动形态,但传统的螺旋折流板加工制造过程复杂。基于上述情况而开发的类螺旋流换热器,不仅能诱导壳程流体产生近似的螺旋流动,且折流板的加工安装过程简单,具有较大的工业应用潜力。本文采用数值方法对类螺旋流换热器的流动特点与传热性能进行了研究,主要内容如下:（1）选择Realizable k-ε湍流模型对类螺旋流换热器和1/4扇形螺旋折流板换热器内的流动与传热特性进行数值求解,分别与激光多普勒测速实验结果和相关文献结果进行对比。结果显示,数值结果与实验结果吻合良好,验证了本文数值方法的可靠性。（2）利用用户自定义函数（UDF）等工具对类螺旋流换热器和1/4扇形螺旋折流板换热器内流体的速度进行统计分析,结果显示两种换热器内流体沿轴向和径向的速度分布趋势相似,速度的差异主要集中在纵向分量上。类螺旋流换热器不同换热管处的流动形态比较统一,对管束的冲刷作用优于1/4扇形螺旋折流板换热器。类螺旋流换热器折流板处产生了多股射流,提高了壳程的湍流强度,使其传热性能比1/4扇形螺旋折流板换热器高6.75%～10.66%。（3）探究了类螺旋流换热器折流板角度、宽度、两组间隔、两板间距对壳程性能的影响,并根据中心复合表面设计法确定了四因素三水平的试验方案。借助响应面法建立了类螺旋流换热器换热系数、压降和综合性能的回归模型,模型显示折流板角度对换热系数、压降的影响最大,两组间隔对综合性能的影响最大。最后,利用回归模型预测了类螺旋流换热器最优的参数组合,相比于初始结构,传热性能提高15.06%,综合性能提高5.79%。（4）基于类螺旋流换热器的壳程流态设计了一种流线型的正交椭圆管,数值模拟结果显示,在小流量下使用正交椭圆管能提高类螺旋流换热器的传热性能并降低流动阻力。其中,轴比为1.5的正交椭圆管性能最优,传热系数较圆管提升0.43%～4.39%,综合性能较圆管提升0.52%～4.03%。随着轴比的增大,正交椭圆管的流线型程度提高,壳程流动阻力显著降低。场协同分析结果显示,正交椭圆管强化传热的原因在于提高了壳程速度场与温度场、压力场之间的协同性。