管壳式换热器因为其制造简单、生产工艺成熟，具有长期的使用经验，且处理量大，适应性强以及安全可靠等优点而被广泛的应用于石油化工等行业中。由于传统的固定管板式换热器受管壳壁温差影响比较大，限制其得到广泛的应用，而采用预应力技术能有效的降低固定管板式换热器的温差应力，提高其安全性能，因此，研究预应力换热器的传热及应力状态具有重要的意义。本文的主要工作包括：1.利用分段和整体模拟两种方法对换热器操作工况下流动与传热性能实施了数值计算，并在相同离散化精度下，对同尺寸不同段数模型模拟来探讨整体模拟和分段模拟的适用范围；同时，通过改变模型长度和网格离散精度进行分别计算，说明分段建模和模拟技术的优势及发展前景。2.由于影响换热器的热变形量的因素非常复杂，为了更好的说明变形量和各影响因素的关系，本文利用量纲分析分方法，拟合出关于变形量的多因素关系式，并分析各因素对换热器变形量的影响。同时另建立新的模型，将模拟的变形量和利用拟合公式计算得到的变形量进行对比，验证公式的正确性。3.将模拟计算得到的最佳预变形量施加到换热器模型中，得到在不同最佳预变形量的各换热器的管板应力，并分析在施加预变形前后管板的应力变化情况，拟合出含有预变形影响系数的管板应力公式，并验证公式的准确性。4.设计预应力换热器管板应力测试实验，将模拟结果和实验数据进行对比分析，验证模拟结果的准确性。本文在前人研究的基础上，综合考虑影响换热器温差变形量的因素，拟合出预应力换热器温差变形量的多因素关系式，并由模拟结果可知，变形量随着换热管的长度、折流栅间距、管壳程流体的速度比值以及温度比值的增大而增大，与壳体的直径以及管板的厚度具有相反的关系；将变形量加载到模型中进行计算，利用模拟结果拟合预应力换热器的管板设计公式，并验证公式的准确性；将模拟结果和实验结果进行对比，验证模拟结果的准确性，进而验证利用数值模拟结果拟合得到的变形量计算公式和预应力换热器管板设计公式的准确性；在相同离散化精度下，分段模拟比整体模拟具有更好的适应性，并由实验结果可知，分段数值模拟方法具有一定的可靠性。通过本文的研究，丰富了现有的预应力研究理论和技术，为预应力的推广奠定坚实的基础。