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周向重叠三分螺旋折流板电加热器壳侧复杂流道内的螺旋流和耦合涡旋扭曲椭圆管换热器壳侧复杂流道内的涡旋流动有助于强化传热。针对工业工程中常用的多圈环形分层布置U形管电加热器提出的“斜日字”单元布管三分螺旋折流板电加热器,具有换热系数高、流动阻力低、无流动死区、防结垢和易抗振等优点。螺旋折流板被认为是最有潜力代替弓形折流板的强化传热结构。轴向分隔则是一种采用小倾角螺旋折流板将相邻折流板适当分开以实现较大螺旋导程的非连续螺旋折流板连接方法。螺旋折流板批量小、种类多、加工制造困难,为减轻大倾斜角螺旋折流板管孔形成的尖角对管子的磨损,可采用便宜和比较普及的二维激光切割机来制造小倾斜角螺旋折流板。因此,值得尝试将轴向分隔搭接方法应用到“斜日字”布管三分螺旋折流板电加热器。针对扭曲椭圆管换热器管侧和壳侧的流动传热特性已经有了许多研究,然而尚未有人注意到扭曲椭圆管旋向布局的影响。因此,本文对轴向分隔周向重叠三分螺旋折流板电加热器和耦合涡旋扭曲椭圆管换热器的壳侧复杂通道中螺旋流及涡旋流动的传热特性,开展了深入研究。为了探究轴向分隔三分螺旋折耳折流板电加热器的流动与传热特性及温度场均匀性,比较了三分之一中心对称“斜日字”布管的轴向分隔和普通首尾相接周向重叠三分螺旋折耳折流板以及弓形折流板电加热器。结果显示,轴向分隔方案的速度场与普通方案的速度场相似,主螺旋流和二次流是螺旋折流板强化电加热器壳侧流体传热的主要原因。随着相邻折流板间隙从外缘到中心逐渐变宽以及轴向分隔方案当量倾斜角和折流板倾斜角差角的增大,泄漏量增多。轴向分隔方案的性能略低于比普通方案的性能,但还是远高于弓形折流板方案的性能。螺旋折流板方案的当量倾斜角越大,综合指标h·Δp-1/3越小。在轴向分隔方案U形管尾部增加一块首尾相接折流板以改进管束尾部的高温区,改进轴向分隔方案FHM15（10）°、FHM20（10）°和FHM25（10）°的平均管壁温度比弓形方案S200的平均管壁温度降低了49.0～134.0 K,换热系数之比h·h-1S200高于原轴向分隔方案。为探究螺旋折流板形状或连接方式对45根U形管电加热器性能的影响,比较了4种轴向分隔方案、4种普通方案和弓形方案S200,螺旋折流板形状为平板或折耳状。结果表明,螺旋折流板方案的换热系数、压降和综合指标h·Δp-1/3与当量倾斜角（或折流板数）表现出更强的相关性。普通平板方案H16.6°的综合指标h·Δp-1/3最高,压降第二低;FH20°的换热系数相对较低,但是h·Δp-1/3次高。与S200相比,H16.6°和FH20°的U形管平均壁面温度分别降低了47.9 K和43.8 K。为了研究管束和出口方位对螺旋折流板和弓形折流板电加热器U形管束尾部高温区的影响,提出了变管长管束方案。采用四种不同管长的U形管依次形成三组不同长度的“斜日字”单元形成变管长管束,以适应螺旋通道最后一圈折流板的位置变化,每组“斜日字”单元对应一组三分螺旋折流板。结果表明,变管长管束可有效减少U形管束尾部的高温区面积。与S200-90°相比,变管长管束方案HV15（10）°-180°/HV15（10）°-Ax的平均换热系数和综合指标h·Δp-1/3分别提高了14.6%/11.8%和16.1%/13.8%,平均管壁温度降低了40.7 K/32.3 K;常规管束方案H15（10）°-180°/H15（10）°-Ax的换热系数和综合指标h·Δp-1/3分别增加了13.8%/10.0%和15.5%/12.3%,平均管壁温度降低了37.7 K/31.4 K。在研究范围内,螺旋折流板方案和弓形折流板方案的出口方位对U形管束尾部高温区产生了很大的影响,侧向出口均优于轴向出口,最佳出口方位应使流体从最后一块折流板的背部顺利扫过弯管末端。螺旋方案HV15（10）°-180°/H15（10）°-180°的换热系数比相应的轴向出口螺旋方案高0.7%/3.5%,平均管壁温度分别下降了3.1 K/9.3 K。针对螺旋折流板制造困难和轴向分隔相邻折流板之间严重泄漏的问题,提出了轴向分隔小倾角折边螺旋折流板方案。该折流板的加工方法包含两个步骤,二维激光切割小倾斜角折流板和机械折叠两个直边。对9种螺旋折流板方案和1种弓形折流板方案S200进行数值模拟,结果表明,与原有轴向分隔方案相比,新型轴向分隔折边折流板方案可显著减少相邻折流板之间尤其是中心区域的泄漏,具有优异的传热性能和均匀的温度场。与弓形方案S200相比,BH15（10）°、BH20（10）°和BH25（10）°方案的换热系数和综合指标h·Δp-1/3分别提高了35.7%/18.5%、17.1%/27.3%和5.3%/35.5%,U形管平均壁面温度降低了72.3 K、45.7 K和24.4 K。在研究范围内,当量倾斜角越大,新型轴向分隔折边螺旋折流板电加热器的优势越明显。BH15（10）°、BH20（10）°、BH25（10）°的换热系数和综合指标h·Δp-1/3分别提高了6.5%/2.3%、12.2%/7.3%和20.4%/13.0%,平均管壁温度分别降低了12.5 K、25.4 K和54.7 K。为了探究涡旋流动对扭曲椭圆管换热器的强化传热效果,提出了耦合涡旋棋盘式正方形布管方案和耦合涡旋1/3轴对称交替V形三角形布管方案,比较了相应的平行涡旋方案、光滑椭圆管方案和光滑圆管方案以研究长短轴比值Amax/Bmin和扭曲节距的影响。流体沿两相邻旋向相反的管子形成的同向流动可以增强传热。棋盘式正方形布管方案流动均为顺流,而交替V形三角形布管方案中流动同时存在顺流和逆流。因只需在制造过程中将扭曲椭圆管反向扭转,耦合涡旋布管方案不会增加任何制造成本。数值模拟结果表明,所有扭曲椭圆管方案均可形成良好的螺旋流和二次流,这得益于扭曲椭圆管的不规则通道、较大的长短轴比值和较小的扭曲节距。由于同向流动和强烈的二次流,耦合涡旋方案比平行涡旋方案具有更高的换热系数、稍高的压降和更均匀的温度场。所有扭曲椭圆管方案的努塞尔数Nu和摩擦系数f均高于光滑椭圆管方案和光滑圆管方案。随着雷诺数Re的增加,Nu和Nu·f-1/3增大,f减小;随着扭曲节距Hs增大,Nu和f减小而Nu·f-1/3增大;随着长短轴比值Amax/Bmin的增加,Nu、f和Nu·f-1/3增加。与正方形布管圆管方案□R10.8相比,□C12.3S50,□C12.3S100和□C14.2S50的Nu/Nu·f-1/3分别提高了39.7%/18.1%、26.7%/24.7%和81.5%/25.6%。相比于对应的平行涡旋方案,耦合涡旋方案在较短的扭曲节距、较小的长短轴比值Amax/Bmin（大于1.0）、较低的雷诺数下具有更大的优势;耦合涡旋方案□C12.3S50/□C12.3S100的Nu、f和Nu·f-1/3平均增加了12.8%/9.9%、15.2%/10.5%和7.6%/6.3%。与三角形布管圆管方案ΔR10.8相比,耦合涡旋方案ΔC14.2S50的Nu/Nu·f-1/3提高了132.8%/47.1%,ΔC12.3S50的Nu/Nu·f-1/3提高了67.1%/38.0%。耦合涡旋方案ΔC12.3S50的最大和平均Nu/Nu·f-1/3比平行涡旋方案ΔP12.3S50分别增加了9.5%/6.4%和7.8%/4.9%。