当前，能源利用形势越来越严峻，节能减排技术得到大家的广泛关注，换热器作为实现能源转换的关键设备，广泛应用于化工、动力、制冷、机械等众多工业领域，采用强化传热技术开发出新型高效的换热设备具有重要的现实意义，变空间顺紊流换热器正是在传统折流板换热器基础上提出的一种新型高效换热设备，换热元件采用新型强化管螺旋三叶管。本文采用数值模拟与试验研究相结合的方法对变空间顺紊流换热器管壳程的传热与流阻特性展开了研究，研究工作主要包括以下几部分：1)搭建单管测试平台，以水为介质，雷诺数Re在10000~35000范围内，对横截面相同，扭程P分别为40mm和60mm的螺旋三叶管管内传热与流阻性能进行了试验测试，并与光滑直圆管进行了对比，结果表明螺旋三叶管可以有效强化管内传热，但流阻也相应提高，相同雷诺数Re下，扭程P=60mm的螺旋三叶管综合换热性能更佳。2)应用FLUENT软件对七种不同结构参数的螺旋三叶管管内传热与流阻特性进行了数值研究，分析了不同结构参数对螺旋三叶管管内强化传热性能的影响，同时获得了管内温度场和速度场分布情况，对螺旋三叶管管内强化传热机理分析表明，由于管内二次流的出现改变了温度场和速度场的分布，实现了强化传热。3)对变空间螺旋三叶管换热器壳程结构进行了全新设计，管束呈现自粘接网格状一体化结构，管束在竖直方向上实现空间内点接触，而横向间距可变，壳程空间大小可调。在壳程水流速0.5~3.5m/s范围内，对不同管束结构的螺旋三叶管换热器进行了数值研究，结果表明相同壳程流速下，管束横向间距L越小，壳程换热越强烈，压降也相应更高。流场分析显示壳程空间越紧凑的换热器，温度场和速度场分布更均匀，二次流强度也更大。根据模拟结果，进一步拟合得到了相应的传热与压降计算关联式。4)采用变空间螺旋三叶管换热器对汽车空调用回热器进行了改造，对改造前后回热器的性能进行了测试分析，结果表明，采用螺旋三叶管的回热器传热能力提高72.5%，节省铜材35.4%，经济效益显著。