当今,我国社会经济发展迅速,对能源的需求量日益增大,然而,能源的利用率却比较低,能源短缺和随之造成的环境污染成为经济可持续发展、人民生活质量提高的桎梏。在世界范围内,全球各个国家也都意识到节约能源的重要性,纷纷深入开展各种节能技术的研究和开发应用,强化传热技术也因此得到迅猛发展。目前,强化传热技术主要分为对换热管内外表面进行处理、增加管间支撑结构、管内插入物三类。在各种换热管内插物中,内置螺旋弹簧以其不需要改变传热面的形状,制作工艺简单,同时可自由改变弹簧螺距,适用于不同管径的换热管等优点,受到了国内外众多学者的关注。本文在传统内插螺旋弹簧换热管的基础之上,将弹簧截面形状改为正方形,同时将弹簧与换热管内壁面接触,用增大换热面积和破坏流体边界层的方式强化管内换热。建立了螺旋弹簧换热管传热模型,同时为了保证模型的准确性与可用性,本文对所建传热模型进行了网格独立性验证,并将模拟结果与他人结果进行对比,在保证传热模型准确与合理的基础上,用Fluent软件对弹簧换热管的传热特性进行了数值模拟研究,计算并分析了弹簧参数对换热管传热过程的影响机制,通过换热综合性能PEC确定了换热能力最佳时各参数的取值。在弹簧截面形状、当量直径、节距对换热管传热性能影响的研究中发现:正方形截面弹簧换热管换热性能最好,其次为三角形截面,最后为圆形截面,相对于光管,换热系数平均增加1.4倍,1.3倍和1.1倍,压降平均升高11倍,9倍和10倍。节距不变时,螺旋弹簧换热管的换热系数、管内压降均随弹簧当量直径的增大而增大。当入口空气温度为310K,换热管外壁面为500K时,雷诺数在20000～40000范围内,与光管相比,正方形截面弹簧换热管换热系数增加109%～164%,压降增加5～19倍;当量直径不变时,螺旋弹簧换热管的换热系数、管内压降均随弹簧节距的减少而增大,在雷诺数20000～40000范围内,与光管相比,换热系数增加109%～158%,压降增加了8～16倍。换热综合性能PEC随当量直径和节距的增加呈先增大后减少的趋势,在弹簧当量直径为5～6mm,节距为33.5～37mm时,螺旋弹簧换热管换热综合性能达到最佳值,较光管的换热系数增加了138%～143%,而压降则增加了10～12倍。当管内插入多根弹簧时,多根弹簧的共同作用平衡了单螺旋弹簧对流体偏心流动的影响,使流体能沿中心轴呈旋转流动状态,流体的流速随弹簧数量的增加逐渐降低,压降也逐渐减低,速度场逐渐呈现沿中轴线对称的方式分布,流体流动状态逐渐趋于稳定,管内温度场、压力场分布逐渐均匀。当入口空气温度为310K,换热管外壁面为500K时,在雷诺数20000～40000范围内,与单螺旋弹簧换热管相比,四螺旋弹簧换热管出口温度增加了5.77～8.14℃,换热系数增加3.94～11.45W·m^-2·K^-1,压降下降40.31～157.88Pa,但增加和降低的幅度随着弹簧数量的增加逐渐减弱。对弹簧和叶片混合换热管的研究表明,混合换热管的换热系数较单纯的弹簧换热管和叶片换热管高,当入口空气温度为310K,换热管外壁面为500K时,在雷诺数20000～40000范围内,混合换热管换热系数较光管、弹簧换热管和叶片换热管分别提高了62%,35%和45%;但过多的内置元件使混合换热管的管内压降急剧增加,混合换热管压降较光管、弹簧换热管和叶片换热管分别提高了39倍,3倍和7倍,导致换热综合性能反而比弹簧换热管和叶片换热管低。通过正交模拟发现,换热管换热综合性能随着弹簧节距和当量直径的增加呈现先增大后减少的趋势,随着管内插入弹簧数量的增加而增加。管内插入弹簧数量对换热综合性能影响最大,其次是弹簧当量直径,最后是弹簧节距;并得出换热综合性能最佳时的弹簧参数:节距为37mm,当量直径为6mm,管内插入弹簧个数为4个。