圆形换热管经塑性加工形成的具有连续椭圆截面的螺旋形变管可以变管内流体的直线运动为螺旋流动,产生垂直主流方向的二次扰流,增强管内流体间的混合,而管外流体在沿螺旋形外壁纵向流动的同时产生复杂的以旋转和周期性的流体分离与混合为主要特点的扰动,是一种高效换热元件。由于螺旋形变管管内、管外流体流动与传热过程的复杂性,对其研究尚不完善。本文采用理论分析、数值计算与实验相结合的方法,对螺旋形变管管内与管外的传热与流阻特性进行研究,对其强化传热或流动阻力降低的机理与效果进行分析与评价。主要研究内容与结论如下：(1)采用场协同理论分析了单相对流工况下螺旋形变管管内强化传热与管束间流动阻力降低的机理。螺旋形变管管内因特殊管壁形状诱发产生了纵向涡,其涡旋强度可比圆管高4个数量级,且不随流动距离的增大而衰减。纵向涡使流体具备了较大的垂直于换热壁面方向的速度分量,提高了流体速度场与温度场间的协同程度,强化了流体间的热量传递。而螺旋形变管管束间的流体主要作纵向流动,与圆管管束相比,流体速度场与压力场间的协同性能更好,流动方向与推动力方向更加一致,流动阻力明显降低。(2)数值计算与实验结合,对螺旋形变管管内流体单相对流传热与流阻特性进行研究。螺旋形变管内的流体在较低Re数下即产生湍动,没有明显的流动转捩现象。在Re<10000的中低流速下,其强化传热效果较好,Nu数可达圆管的3.8倍,而此时f的增幅也较大,可达圆管的3.7倍,η同样存在最大值,超过2.0,证明螺旋形变管更适于中低流速工况。流体的Pr数增大,螺旋形变管Nu数增大,强化传热效果增强,而f不受影响,η提高,证明其更适于有较大Pr数的介质的强化传热。节距S减小或截面长短轴之比A/B增大,Nu数与f均增大,而f的提高更明显,η受S变化的影响较小,而随A/B的增大稍有提高。根据研究结果,对螺旋形变管的结构参数进行了优化,并获得了管内Nu数与f的计算关联式。(3)采用数值分析方法研究了螺旋形变管管束间的单相对流传热与流阻性能。其管束间流体流动阻力明显低于圆管管束,单位压降下的传热系数较后者可提高20倍。增大流体Pr数,管束间传热能力增强,但对f无影响,综合性能则减弱。Pr<30时,相对于圆管管束综合性能的增强更明显。S减小(由250至100mm),管束Nu数的增加(<10%)远不及f的增大幅度(约80%),具有较大S值的管束其综合性能较优。在A/B减小的同时也减小壳体直径,可保证管束的紧凑性,改善管束传热能力。根据研究结果,对螺旋形变管管束的结构参数进行了优化,也建立了其Nu数与f的计算关联式。(4)建立了长轴倾斜任意角度时椭圆管外蒸气冷凝液膜厚度与传热系数的计算模型,导出了螺旋形变管管外蒸气冷凝传热系数的计算公式。理论分析发现,截面椭圆度e、节距S以及冷凝液表面张力系数σ均会影响螺旋形变管冷凝传热性能,但e为主要影响因素。e和S增大,管外平均冷凝传热系数增大；σ增大,管外强化冷凝传热性能降低,且e值较大时,σ的影响更明显。实验结果同样证明e是影响螺旋形变管管外蒸气冷凝传热的关键因素。实验中,e=0.86、S=192mm的螺旋形变管,其椭圆度最大,冷凝传热性能最优,冷凝传热系数约为圆管的1.34倍。对于S=192mm的螺旋形变管,存在冷凝传热具有强化作用的最小椭圆度为0.77。螺旋形变管具有双侧强化传热优势,其管外冷凝工况下的总传热系数与常用的三维低肋强化管相差不大。