工业生产中用于节能降耗的换热器一直备受关注，不断有适合于不同工艺条件和场合的新型换热器出现。纵流壳程换热器是近年来开发的一类新型管壳式换热器，壳程流体纵向冲刷管束使换热器表现出优良的综合性能。为了强化纵流壳程换热器在较低雷诺数下的传热性能，本文采用数值模拟、理论分析和实验测试方法对纵流壳程换热器进行了综合研究。取得的主要成果如下: 1）针对壳程结构具有对称性和周期性特点的一类纵流壳程换热器，首次提出了壳程“代表性单元流道”数值模拟方法，根据换热器布管方式可建立正方形和三角形两种“单元流道”模型，大大缩减了计算模型和计算工作量，解决了体积庞大、结构复杂的纵流壳程换热器的三维模拟问题。 （2)首次建立了折流杆式纵流壳程换热器的正方形“单元流道”模型，应用“代表性单元流道”数值模拟方法和FLUENT软件的周期性流动计算功能进行数值模拟，揭示了折流杆的强化传热物理机制，折流杆改变了换热器壳程流体的流型和流向，对流体的扰流作用可提高流体湍流度，从而强化了壳程流体的对流传热。 (3)首次建立了“大管孔”孔板和“小圆孔”孔板换热器的只角形“单元流道”模型，数值模拟得到了孔板换热器单元流道内速度场、压力场和温度场分布的细节信息。对比分析发现，管壁周围开孔的“大管孔”孔板的强化对流换热性能优于“小圆孔”孔板，孔板强化对流传热的主要物理机制是冲刷管壁表面的液体边界层，减薄热边界层。基于数值分析提出“极限湍流动能原理”，可用于分析强化传热的收益率。通过对孔板换热器双单元流道的截面及液体对称界面的数值分析，证实了单元流道模型的合理性和独立性。 (4)在上述数值分析的基础上，汲取折流杆和整圆形孔板的结构和性能优点，首次提出了一种新型纵向流管束支撑—花瓣孔板。花瓣孔板换热器的“代表性单元流道”数值模拟结果表明，孔板花瓣的导流作用促使流体直接冲刷管壁流体边界层，并具有良好的防垢和除垢功能，孔板花瓣的扰流作用能够促使流体揣流加剧，另外，花瓣孔板外缘的阻挡作用可减少对传热无效的泄漏流，从而有效地强化了较低雷诺数下的对流传热。两块花瓣孔板的交错布置对换热管束实现了全方位支撑，因而花瓣孔板换热器具有良好的防振和抗振能力。 (5)开发制作了一套具有先进测试技术的综合实验装置，通过相同条件下对比实验，验证了花瓣孔板换热器具有优良的强化传热效果，其总传热系数比折流杆换热器提高40％左右，并通过实验数据回归得到了传热和压降的准数关联式，为其工程应用奠定了基础。将模拟结果与实验数据进行对比分析，从而验证代表性单元流道数值方法的合理性及模拟结果正确性。