本文对缩放通道内的自然对流及沸腾的流动和换热情况进行了研究，通过实验和数值模拟相结合的方式，研究了水和质量浓度为60%的糖液在内插旋流片缩放管内的自然对流和沸腾换热，并对缩放肋面对自然对流和沸腾的影响进行了研究。通过实验研究了水和糖液在内插旋流片的垂直缩放管及垂直光滑管内的自然对流流动及换热情况，重点研究了旋流片个数及旋转角度对流动及传热的影响，得到了不同旋流片个数及旋转角度下自然对流传热系数随管内传热温差的变化曲线。水和糖液在内插旋流片的光滑管和缩放管内的传热系数均远大于光滑管空管和缩放管空管，在实验条件范围内，旋流片个数的增加会提高自然对流的传热系数，但是提高的幅度会逐渐变小，同等旋流片个数下水和糖液的传热系数的差别较大，旋流片旋转角度的增加有利于水和糖液传热系数的提高。在实验研究的基础之上，对水和糖液在内插旋流片的垂直管内的自然对流进行了数值模拟。通过温度场与速度场的分析发现，介质在光滑管内流动时中心区域流体很难被加热，近壁区的热阻非常大，而内插旋流片后的缩放管，中心区域流体被充分加热，中心区域的水和糖液的轴向温度梯度很明显，介质流经旋流片后，中心区域流速升高明显，而且水的要比糖液大。通过对介质在内插旋流片缩放管内的流阻与传热性能分析，得到了阻力系数及传热系数随旋流片个数的变化曲线，并对不同旋流片个数下的综合强化传热性能进行了评价。对管内的轴向换热能力进行分析，发现介质在内插旋流片缩放管内的局部换热能力远大于光滑管。对缩放管和旋流片的复合强化传热机理进行了分析，周期性的缩放肋面和旋流片的自旋流作用使得介质的切向流速大大增加，有效的减薄了边界层，是传热得到强化的主要原因，同时分析了管内流体流动的速度场和温度梯度场的协同情况，发现介质在内插旋流片缩放管内的场协同情况优于光滑管，尤其是在刚流经旋流片的下游区域。通过实验对质量浓度为60%的糖液在内插旋流片的垂直管内的沸腾换热情况进行了研究，得到了不同旋流片个数和旋转角度下的糖液蒸发的沸腾曲线，发现管内插入旋流片后糖液的沸腾传热系数明显升高，并且旋流片个数的增加有助于沸腾传热系数的提高，以实验数据为基础得到了内插旋流片缩放管内糖液沸腾传热系数关联式。在实验研究基础之上，对用内插旋流片缩放管改造后的糖厂多效蒸发系统进行了节能优化，通过建立适当的计算模型，得到优化后的各效参数值，在总传热温差和总传热面积不变的情况下，实现了生蒸汽消耗量的减少，节能效果显著。采用数值模拟的方法对缩放通道内的流动沸腾现象进行了研究，考虑了流体热物性及相间传质传热的影响，研究发现缩放通道内的传热系数、流动压降及气相体积分率均高于光滑通道内的，通过非稳态模拟得到了缩放通道内流体气相体积分率随时间变化的分布图，研究了流速对流动沸腾传热的影响，通过分析得到缩放通道强化沸腾换热的主要原因是收缩肋面附近气泡脱离速度较快、运动较剧烈。通过数值模拟的方法研究了二维缩放方腔及缩放通道内的自然对流现象，重点考察了缩放肋面的肋高和缩放比对流体自然对流流动与换热的影响。研究给出了不同瑞利数下缩放方腔内的温度和速度矢量分布，在研究范围内瑞利数、肋高及缩放比的增加均能提高方腔内努赛尔数，在模拟数据基础之上得到了方腔内努赛尔数随瑞利数、肋高及缩放比变化的关联式。对缩放通道内的自然对流进行了分析，努赛尔数随肋高的增加呈现先增加后减小的趋势，阻力系数随肋高的增加而增加，努赛尔数随缩放比的增加而增加然后趋于恒定，缩放比的增加会减小阻力系数但是幅度不大。通过温度及速度分布、轴向换热能力的分析、场协同分析，解释了缩放肋面强化自然对流换热的原因。