能源需求水平刚性增长趋势下,有效降低能源消耗总量和提高能源利用率已成为促进国民经济可持续发展的重要途径之一。管翅式换热器凭借结构紧凑、易于制造、运维方便等优势在空调制冷、石油化工、交通运输和冶金领域得到了广泛应用。空调系统在实际运行过程中换热器的空气侧普遍存在析湿现象,凝结液的析出过程及运动特性直接影响着换热器的传热与阻力性能,并造成换热器腐蚀及带来诸多卫生问题。本文利用三角小翼式涡发生器对铜质错排圆管管翅式换热器进行强化换热,重点对析湿工况下带涡发生器的圆管管翅式换热器热质传递特性及其结构优化进行一系列研究。首先,本文采用结构化网格技术对不同翼高和攻击角结构参数涡发生器的圆管管翅式换热器建立了数值传热模型,对其网格系统进行了独立性验证。模拟结果对比实验验证的平均努塞尔特数和阻力系数在干工况下的最大相对误差分别为16.15%和9.3%,在析湿工况下的平均误差分别为15.35%和10.55%。其次,本文运用所构建的传热模型,在析湿工况下,对带三角小翼式涡发生器的圆管管翅式换热器热质传递与阻力特性进行研究。研究结果表明,以涡发生器翼高H=2.00mm和攻击角θ=45°时为例,在入口空气流速uin=1.0m/s~4.0m/s和入口空气相对湿度RHin=50%~80%的条件下,非定温流固耦合条件下翅片平均温度随空气相对湿度和流速增大而分别增高0.63%~0.95%和0.09%~4.07%,但增速递减;析湿工况下平均努塞尔特数和阻力系数比干工况平均增幅59.07%和1.52倍,即析湿工况有利于热质传递特性,不利于阻力特性;涡发生器能够有效降低凝结液尺寸并提升空气侧排液能力,使换热器总翅片效率、平均努塞尔特数、阻力系数、析湿量和强化传热因子分别平均增大2.00%、25.45%、51.70%、50.79%和9.61%,即涡发生器有利于热质传递特性和析湿特性,不利于阻力特性,但对综合换热性能的强化效果显著,RHin≥70%的高湿度析湿工况下推荐2m/s为较优入口空气流速。第三,本文对析湿工况带涡发生器的圆管管翅式换热器的析湿特性进行分析。研究结果表明,流固界面凝结液数量分布特性沿远离圆心方向逐渐减少,沿空气流动方向圆管背风侧明显多于迎风侧,且后排管依次多于前排管;FinⅠ和FinⅡ表面涡发生器下游凝结液主要分布于涡流外边界,边界形状分别呈条带状和椭球状;凝结液数量及尺寸随入口空气流速增大均减小,随入口空气相对湿度增大均增大,但凝结液尺寸增幅较小;翅片与圆管壁面上凝结液体积分数和质量在不同入口空气相对湿度和流速下均呈“对数增长→震荡增长→动态稳定”逐时变化规律,且FinⅡ表面凝结液数量均高于FinⅠ表面和空气通道中间截面。第四,本文通过改变三角小翼式涡发生器的翼高(1.50 mm、1.75mm、2.00mm)和攻击角(25°、35°、45°),在最不利析湿工况下,对带涡发生器的圆管管翅式换热器的结构进行优化研究。研究结果表明,涡发生器对空气的剪切和分流作用随翼高和攻击角增大而显著增强,翅片表面凝结液数量和尺寸随翼高增大分别增多和减少,而随攻击角增大分别减小和增大;析湿量随翼高增大而增大,但随攻击角增大而先增大后减小,平均努塞尔特数和阻力系数随翼高和攻击角增大均增大,即增大翼高和攻击角将有利于热质传递特性,不利于阻力特性;基于入口空气流速uin=1.0m/s和入口空气相对湿度RHin=80%的最不利析湿工况,翼高H=1.75mm时的强化传热因子较H=1.50mm和H=2.00mm时分别增大0.11%和0.89%,攻击角θ=35°时的强化传热因子较θ=25°和θ=45°时分别增大0.44%和2.38%,基于综合换热性能确定加装结构参数为翼高H=1.75mm(H/Tp=0.875),攻击角θ=35°涡发生器的圆管管翅式换热器结构较优。