强化传热技术被誉为第二代传热技术,能够显著改善换热器的传热性能。在实际工程应用中,强化传热技术是实现换热节能的主要途径之一,强化传热的主要目的是缩小设备尺寸、提高热效率。其中,三维内肋管是目前使用最为广泛的一种高效强化换热管。肋顺排、肋叉排和肋螺旋排是三维内肋管使用最广泛的三种肋形排列方式,都具有较好的强化传热效果和优良的热力性能,但肋结构比较复杂,不同的肋形结构尺寸就会产生不同的实验结果。本文主要运用正交试验的方法,取肋高h、肋宽b、肋间距Pt和肋密度z为影响因素,热力性能系数为评价指标,对目前使用较广的外径为57mm的肋叉排三维内肋管进行了2组正交试验,对目前处于研究空白的外径为127mm的肋叉排三维内肋管进行了1组正交实验,系统的研究了它们的换热和流阻特性。本文以空气为工质,在Re=15000~150000的范围内对18根57mm的三维内肋管和9根127mm的三维内肋管的热力性能进行了研究,以Webb定义的热力性能系数作为强化指标,采用极差法对三维内肋管热力性能系数的影响因素进行了分析,发现肋高h为主要影响因素,也同时得出了各管径三维内肋管的优化方向和可能的最优管型。用最小二乘法处理了相关的实验数据,回归得出了Nu数、Cf数与雷诺数以及肋几何参数的准则方程式。结果分析表明,肋叉排三维内肋管的综合特性均优于相同管径的光管,57mm三维内肋管的平均热力性能系数为1.359,127mm三维内肋管的平均热力性能系数为1.098;57mm三维内肋管的阻力平均是光管的阻力的8.97倍,127mm三维内肋管的阻力平均是光管阻力的4.98倍。实验结果表明,三维内肋管换热性能强化的同时阻力也在增大,在实际设计时应既考虑换热效果,还要考虑阻力增大时所多消耗的泵功。本文根据实验数据获得的57mm三维内肋管和127mm三维内肋管的Nu数和Cf数准则方程和结论可应用于实际工程,为实际工程计算相应的换热系数和流动阻力提供一定的参考。