管壳式换热器是应用最广泛的一种换热器，温差应力对管壳式换热器的可靠性有重要影响，应用预应力换热器技术能有效消除温差应力，提高换热器的可靠性及寿命。本文通过使用Fluent和Ansys分别建立了两套不同网格但紧密联系的一系列换热器模型，包括CFD模型、有限元热分析模型、热应力分析模型、管壳之间热膨胀差分析模型和预应力换热器分析模型。提出了一种包括CFD数值模拟和Ansys有限元分析的联合仿真分析方法用于模拟管壳式换热器的性能。并利用Fluent和Ansys软件对预应力换热器整体结构在各种工况下的性能进行了仿真分析研究。　　 首先从计算流体力学与传热的角度出发，充分考虑了管壳式换热器壳程流体流动与传热的特性，使用湍流模型进行计算，获得完整的换热器温度场分布。然后把Fluent软件的数值模拟温度结果导入Ansys中作节点插值，将温度数据转换到Ansys有限元模型中作为进行换热器的热分析以及结构分析所需的边界条件。实现了管壳式换热器的Fluent和Ansys数据的无缝链接，综合整个过程可以很好地实现流体力学及传热性能和换热器结构性能的联合模拟。Ansys热分析模型充分考虑了与Fluent模型的一致性，保证温度数据转换误差最小，有效地解决了换热器有限元分析中如何获得准确温度场的问题，为准确结构分析奠定了坚实的基础。　　 本论文主要考虑由于壳程流速的变化引起的预应力换热器的性能变化，分别进行了热分析、热-结构耦合分析。得到了每个变动的工况下换热器分析结果，即整体温度场以及整体和各局部温差应力分布，与预变形量之间的关系。　　 利用换热器一端管板和换热管处于自由分离状态下的特殊模型分析计算出不同壳程流速下管壳间平均热膨胀差，据此确定预变形载荷施加范围，并在包含预拉伸单元的换热器模型中施加一系列不同的预变形载荷值，进行了一系列预变形载荷下结构温差应力分析。通过比较预变形施加前后的分析结果，发现预变形能显著抵消由于管壳之间热膨胀差引起的温差应力。预应力换热器在不同的壳程流速下，分别得到了一系列不同的预变形载荷最佳值，并推导出各壳程流速下的最佳预变形计算公式。在最佳预变形载荷的作用下，换热器的温差应力大部分得到消除，大大地提高了换热器的安全性能，同时对于提高换热器的可靠性和延长换热器的寿命有着极为重要的作用。