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槽式太阳能真空集热器工作时其吸热管表面热流密度不均匀，壁面温度梯度较大，导致吸热管弯曲变形，甚至造成玻璃套管端部破裂，真空被破坏。强化吸热管内对流换热可以是吸热管管壁温度更加均匀，减小吸热管的变形。螺旋管内的二次流具有强化传热的效果，且管内流动为螺旋型，能够减小吸热管壁面温差。本文据此提出了一种新型的螺旋管式吸热管，期望在太阳能高温吸热管上得以应用。但是，关于非均匀热流边界条件下螺旋管内流动换热特性的研究还不充分。因此本文通过数值计算的方法对非均匀热流边界条件下螺旋管内单相湍流换热过程进行分析，主要内容如下： 1、建立螺旋管内湍流对流换热的数学物理模型，通过数值计算结果分析得到：相同的Re数下非均匀热流边界条件时螺旋管截面周向局部Nu数小于均匀热流边界条件；当Re数在13868~83208的范围内，非均匀热流边界条件下螺旋管内湍流充分发展段的换热系数比均匀热流边界条件低约10％；非均匀热流边界条件下螺旋节距对螺旋管内湍流换热系数的影响很小；螺旋管内湍流换热系数随着螺旋管半径的增大而减小，且随着Re数的增大，其减小的幅度增大，在计算的管径范围内，减小幅度达到18%；在相同的Re数下，螺旋管内湍流换热系数随着曲率的增大而增大。对计算结果进行拟合，给出了预测非均匀热流边界条件下螺旋管内湍流对流换热的关联式。 2、基于流动与换热的场协同原理分析了螺旋管内的对流换热机理，结果显示：两种不同的热流边界条件下螺旋管内平均场协同角随Re数的增大而增大；且均匀热流边界条件下螺旋管内平均场协同角小于非均匀热流边界。非均匀热流边界条件下，螺旋节距对螺旋管内平均场协同角影响可以忽略；相同的Re数时，螺旋管内平均场协同角随着曲率的增大而增大；螺旋管内平均场协同角随着螺旋管直径的增大而增大。 3、根据模化理论设计了螺旋管内流动换热以及阻力特性测试的实验装置；为了实现实验段均匀加热与非均匀加热的实验结果对比，实验段采用上下半周分别加热，加热功率可调；比较几种制冷剂替代工质对水的模化能力，确定制冷剂R134a作为模化工质。 本文研究结果揭示的在非均匀热流条件下螺旋管内单相湍流对流换热的机理，为设计开发新型螺旋管式太阳能高温集热器奠定了理论基础。