大型板式换热器是船舶工业中必不可少的一种换热设备,有着换热系数高、占地面积小、寿命长等优势,但其换热管壁污垢的清理问题一直是一个难点。管壁内的沉积软垢如果长期不进行清理会凝结成一层硬垢,导致换热管变形、裂纹、爆管等危险事故。目前常用的清洗方法多为在换热器工作到一定时间后对其进行拆解清洗,既耗费人力物力又会带来工业财产损失,若能在保证换热器正常工作的同时及时将管壁内的软垢刮除,即可从源头抑制硬垢层的生成,解决换热器的清洗难点。因此,本文提出了一种新型的换热管清洗器,能在换热器正常工作的情况下在换热管中前进、后退及旋转,完成对换热管内壁污垢的清理工作。本文根据清洗器的工作环境及其设计目标提出了多种清洗器的驱动形式,并通过对不同驱动形式优缺点的比较分析,确定了清洗器的驱动形式为流体与电机的复合驱动;根据清洗器的不同功能将清洗器结构分成三个主要组成部分:导向支撑机构、折展清洗机构以及压力驱动机构,并对这三个部分进行方案设计;对工作时的清洗器进行运动特性的分析,并确定了清洗器各部分的材料以及电机软轴的型号,完成了清洗器的总体设计及Solidworks建模。对清洗器的三个组成机构进行深入分析与研究,基于多层次权重解析法对折展机构的方案进行了优选,并计算了其各个杆件展开过程的坐标关系与运动学方程;通过ADAMS对其展开过程进行运动学仿真,验证了理论方程的正确性,并对其展开过程进行了优化。理论计算了导向支撑机构的接触力方程,且基于ADAMS对其进行了仿真验证;通过ADAMS对导向支撑机构的行走平稳性及避障能力进行仿真,得到了清洗器前进时的最大速度极限值。通过FLUENT流体仿真确定了压力驱动皮碗与管壁之间间隙的大小,并基于ANSYS Workbench对其进行了工作状态下的流固耦合仿真,研究了其在流体压力下的静态特性以及振动特性,防止其在工作过程发生破坏,完成了对清洗器各个机构的仿真研究。对换热管内的流场动态特性进行仿真分析,建立了管内流场的理论计算模型,并以此分析了充液管道内压强升高后的流场特性分布变化,得出清洗器应在升压4s后进入换热管道;基于ICEM CFD及FLUENT对清洗器在管内的运动过程进行仿真,并实时监测流体对清洗器的驱动力大小,得到了流场分布随不同工况参数的变化规律,结合不同工况下的流体驱动力确定了清洗器工作时的最优工况。