管壳式换热器是动力、能源、冶金、化工等行业的关键通用设备。壳侧热阻在很多工业应用情况下起到控制热阻作用，强化壳侧传热具有非常现实的意义。旋流片能使流体产生旋流运动，并在下游形成较长距离的自旋流，该自旋流具有低阻高效的特点，同时由于旋流片在轴向的投影是一个完整的圆，对管束可起到良好的支撑作用，所以旋流片同样可用于壳程的强化传热。 实验研究了管内和管束间旋流片下游不同位置的自旋流局部换热性能。管内局部Nu数沿主流方向逐渐减小，且减小的速度随Re数的增加而减小，初始涡流强度随Re数的提高而增强。旋流片的扭率对局部Nu/Nus的衰减速度影响较大，扭率为4.O的旋流片的局部Nu/Nus衰减速率高于扭率为2.0的旋流片。管束间局部Nu数也沿主流方向减小，但和管内情况相比，管束间Nn数的衰减速度明显大于管内，原因是流体会与传热管外壁的突出弧面发生碰撞，在狭窄的管隙间产生小的涡旋，加速了自旋流的衰减。 基于纵流管壳式换热器壳程结构以及流动特点，建立了周期性单元流道模型，对管束间置入旋流片的湍流流动与传热进行了数值模拟。并以场协同理论为指导，从速度场与热流场的协同关系角度分析了旋流片强化壳程换热的机理。数值模拟得到了实验数据的验证，其结果表明，旋流能产生不稳定流和二次流，增强流体微团的混合和减薄边界层厚度，从而强化换热。分段研究发现，自旋流不仅能强化传热，而且阻力较小，具有较好的综合强化换热性能。旋流运动改变了管束间流体的速度场分布与热流场分布，通过全局和局部的场协同分析发现，旋流片强化传热的根本机理是有效地改善了速度场与温度场的协同作用。 运用热阻分析法，比较了在缩放管和旋流片作用下的管束间流道内三个区域(层流粘性底层、过渡区和湍流核心区)的热阻分布，提出了两区(中心区和近壁区)协同强化传热的概念。与无支撑光滑管管束间相比，无支撑缩放管管束间的热阻分布向湍流核心区转移，使得湍流核心区成为热阻控制区域。旋流片支撑光滑管管束间的热阻分布向粘性底层转移，使得粘性底层成为热阻控制区域。当旋流片配合缩放管使用时，三个区域的热阻分布的百分比更均匀，分布更合理，并且下游自旋流区域的热阻分布也比较合理。将这种协同效应推广到其他粗糙管，采用旋流片配合粗糙管进行复合强化传热时，正好弥补了单纯采用粗糙管只能对近壁区传热强化而无法促进中心区对流换热的不足，使近壁与中心区产生互动的协同传热强化。采用正交试验方法和数值模拟对壳程旋流片支撑结构进行了优化，分析了各因素对传热和流阻性能的影响程度。各因素对传热性能Nu/Nus的影响强弱顺序为：旋流片间距Lp＞扭率Y＞Re＞旋转角α；对流阻性能f/fs的影响强弱顺序为：Y＞Lp＞α＞Re；对综合因子77的影响强弱顺序为：Y＞Lp＞α＞Lp。扭率Y是影响强化传热性能最重要的因素。对扭率Y单因素优化，得出最佳扭率为：y=4.20。 根据正交优化的结果，实验研究了旋转角α=180。、扭率Y分别为3.80、4.20和4.60的旋流片在不同间距时的传热强化效果。在Re数一定时，Nu数随着旋流片间距的减小而增大；阻力系数也随着间距的减小而增大。旋流片的最佳间距Lp为420 mm。比较三种扭率的旋流片的综合因子，发现y=4.20的旋流片的综合因子最高，验证了正交优化结果。综合正交优化及实验研究，得出最佳的壳程旋流片支撑结构方案：Y=4.20、α=180。、Lp=42mm。