定型机出口废气温度高,含有大量的油、颗粒、纤维等杂质,现在常用的换热器结构与气侧强化传热技术很容易造成烟气侧流动通道的堵塞,不仅大大降低了余热回收效率,而且在运行一定时间后还会导致换热器停机。因此提出一种新型螺旋翅片热管换热器结构,一方面在烟气侧使用的光管代替平直翅片管进行换热,油脂杂质在重力作用下沿光滑管壁顺利排出;另一方面,在空气侧加装螺旋翅片代替平直翅片强化换热。首先,针对改进后的结构进行热管元件、蒸发段光管管束与冷凝段翅片管束进行设计计算。计算结果为:热管工作介质为水,管材为低碳钢,充液率为25%,热管数为24根,共四排,每排6根热管,蒸发段光滑管长度为0.8m,冷凝段翅片管长度为0.35 m,空气为流速2m/s,废气流速为3m/s。废气从168℃降至145℃,空气温度从35℃升至80℃。其次,建立螺旋翅片热管换热器冷凝段数学模型,使用FLUENT软件对管外换热过程进行数值模拟,分析空气侧与烟气侧的流场分布特性,研究发现:提高换热器整体性能、强化传热的关键是减小管后涡流区、减小空气流动边界层和增强管束对于空气的扰动。另外,将螺旋翅片管与光管和相同翅片参数的平直翅片管束的换热与阻力性能进行对比,得出以下结论:三种翅片形式中,螺旋翅片管束性能最好。与光管相比,螺旋翅片热管管束努塞尔数Nu平均提升4倍,欧拉数Eu平均增大了约87.9%,综合评价因子j/f平均提高约202.3%;与平直翅片相比,螺旋翅片热管管束努塞尔数Nu平均增加了4.5%,欧拉数Eu平均减小了5.4%,综合评价因子j/f平均提高了9.27%。因此使用螺旋翅片代替平直翅片进行定型机余热回收热管换热器空气侧强化换热具备合理性。最后,分析结构参数与冷凝段的螺旋翅片参数对换热器传热与流动性能的影响规律并对热管换热器进行优化设计。通过对入口风速为2～8 m/s、翅片间距为3～6mm、翅片厚度为0.8～1.4mm、翅片高度为8～14mm、横向间距为50～110mm、纵向管距为60～120mm的不同参数组合模型的传热量Q、努塞尔数Nu、传热因子j、压降Δp、欧拉数Eu、阻力因子f、综合评价因子j/f计算分析,拟合目标函数j/f关于上述各参数的回归方程,得到的最佳性能参数组合:翅高12mm,翅厚0.8mm,翅片间距5mm,横向管距50mm,纵向管距100mm。将优化后的螺旋翅片热管换热器进行制作与安装,用于对一台110k W定型机产生的废气进行余热回收,通过实验测量计算得到换热量的实测值与模拟值之间的误差在1.7%～9.7%之间,废气侧两者误差在2%～8%之间,一致性较好。根据现场运行情况对整体方案进行节能与经济性分析,认为使用螺旋翅片热管换热器可节约10%左右的天然气,在1.1年后即可收回投资成本。