非圆形管的换热在工程上已有广泛应用,如燃气轮机冷却系统、燃烧室及核反应堆中的冷却管道等。正确计算非圆通道内的流动和换热特性对换热设备的设计以及制造均具有重要的参考意义。然而,对于非圆形管道内的流动换热的研究还不是十分充分,缺乏足够的研究资料支持工程应用和工程设计。关于非圆通道内的湍流换热,一直有一种说法,那就是“采用当量直径作为特征尺度,结合针对圆形通道的实验关联式便可近似计算非圆通道内的换热特性”,但该说法的准确性及适用范围却值得探讨。历史上,曾有不少学者对湍流态下非圆通道内的流动换热进行了研究报道,并指出了上述方法预测能力不佳的局限性,此外,部分学者也提出了新的计算公式以提高预测精度,但这些公式仅能适用于一种或少数几种形状特殊的非圆通道,适用范围更广、精度更高的计算公式亟待提出。由于非圆形通道结构形式众多,通过实验研究其对流换热十分困难,而计算机为研究这种非圆通道中对流换热提供了非常有力的工具。本文以标准k-ε湍流模型为基础,采用数值方法模拟研究了圆形、正三角形、正方形、正六边形、正八边形以及正十二边形等一系列正多边形通道内的湍流流动换热特性,并根据模拟结果,对现有换热关联式进行了修正。在对不同通道内的流动换热结果进行多项对比分析后,本文得出如下结论:1.模拟圆形通道所得多组不同Re数工况下的流动换热特性结果与实验数据间吻合度良好,说明了数值方法的合理性和准确性。2.圆形通道内的流动换热结果表明:（1）湍流态下,管道中心主流速度在轴向某处有一峰值,且峰值大小随流动Re数的增大而减小,位置也移向下游;（2）热入口段长度的大小并不敏感于Re数的大小;（3）流体进入加热段前的速度分布状态仅对一定距离内的流体流动换热特性具有影响,充分发展后,通道内流体的流动换热特性将与入口状态无关。3.对比分析正多边形通道内的流动换热特性结果,可发现:（1）流动Re数相同时,通道热入口段和速度入口段长度均随着正多边形边数的增多而减小;（2）由于角区对附近流体流动的阻塞作用,使得其附近的流体流速、壁面剪切力τw以及换热强度均要弱于非角区区域。在入口段内,沿着流动方向,角区对流动换热的影响逐渐向非角区区域扩展;（3）角区对换热的影响程度与角区角度大小相关,其间规律是,角度越小,角区对换热的恶化程度越严重,同时沿管壁的周向换热Nu值分布也越不均匀。4.正多边形与圆形通道间的摩擦阻力系数f与换热Nu值间均存在不同程度的差异,并且这种差异会随着正多边形边数的增多而减小。借助当量直径,使用对圆形通道得出的湍流换热实验关联式计算非圆形截面通道内的换热将会带来较大误差,对于正多边形通道,这种最大误差存在于正三角形与圆形通道之间,误差可达36.9%之多。5.本文提出了基于通道截面几何形状的修正系数——圆形度C_φ,并与现有的实验关联式相结合,提出了新的修正公式:N_u=C_φNu_circle用于预测正多边形通道内的换热特性。经对比,新计算公式的预测偏差在6.6%以内,具有良好的预测能力。