螺旋缠绕波纹管换热器是将波纹管这种高效换热管应用到普通缠绕管换热器中,使得两种结构的优点充分发挥。这种新型换热设备除了强化传热特点以外,螺旋缠绕波纹管截面的周期性扩张和收缩可以使管内的污垢减少,同时单位体积的换热管可以获得更大的换热面积,使得设备紧凑,节省空间等等。但是由于目前这种换热器的应用还很少,各方面研究还有待深入。本论文以螺旋缠绕波纹管换热器为研究对象,对换热器管板的强度和流体的换热性能进行以下方面的研究,主要工作及创新点如下:(1)利用有限元分析软件ANSYS建立了包括螺旋缠绕管在内的整体换热器模型,对缠绕管换热器管束的支撑作用进行了数值分析,结果发现管束对管板的支撑作用可以忽略不计。为进一步分析缠绕管的轴向刚度,本文还定义且拟合出了螺旋缠绕换热管弹性模量等效系数的关联式。(2)利用分析设计的方法对缠绕管换热器管板的应力强度进行了数值计算,结果发现管板最大应力出现在管板边缘的圆弧过渡段,而管板其他部位的应力很小;在对管板进行轻量化设计的过程中发现中心部位的弯曲应力随着管板减薄而增大的趋势比较明显。(3)运用FLUENT软件对螺旋缠绕波纹管和螺旋缠绕圆管管内流体的流动状态及强化传热的特性进行了研究比较,对比两种换热管内部流体的流线云图、管壁面换热量云图、管横截面的温度云图、管横截面的湍流强度云图及管壁平均努赛尔数发现,螺旋缠绕波纹管管内流体的湍流强度更加剧烈,流体混合程度更加充分,传热效果优于螺旋缠绕圆管。(4)就螺旋缠绕波纹管的结构参数对管内传热的影响进行了单因素分析,结果表明:增大波纹管直径d、减小缠绕半径R、增大波高h、减小波距P均有利于管内流体的传热。并且通过正交试验的方法对螺旋缠绕波纹管的结构参数进行综合分析,分析后得出直径d对管内传热影响最大,其次是波距P、波高h和缠绕半径R,缠绕螺距S对管内传热影响最小,基本可以忽略不计,并且得到了模拟范围内结构参数的最优组合。另外还拟合了螺旋缠绕波纹管管内流体传热努赛尔数的关联式。(5)对螺旋缠绕波纹管换热器壳程流体的传热特性进行了数值模拟,并且通过单因素分析和正交试验分析研究了结构参数对壳程传热的影响,结果表明:影响壳程换热最大的因素为换热管直径d,然后是缠绕半径R和螺距S,影响最小的是波距P和波高h;在设计换热器时,采用较小直径、缠绕半径和波高、较大螺距和波距的螺旋缠绕换热管对壳程换热效果最佳。