反应釜是化工生产中较为典型的工业设备,物料在反应釜内发生物理或化学反应时,常常伴随着放热或吸热的情况,为了保证最佳的工艺条件,需要控制釜内温度在一定的范围内波动。这就要求反应釜配备传热设备,一般在容器外部或内部设置传热元件,常用的传热元件为夹套和内盘管。由于整体夹套存在流动死区,传热效果较差,常常难以满足反应釜温度控制的要求,而螺旋半圆管夹套、角钢夹套、带螺旋导流板的夹套、螺旋盘管等因流体在通道内做螺旋运动,流动死区较小,并且由于离心力的作用,流体在螺旋通道内产生二次流动,二次流减薄了边界层的厚度,强化了传热。首先,为了探究最优的螺旋夹套结构形式,本文数值研究了流体在6种不同截面形状的螺旋通道内的湍流流动特性,结果表明,截面形状影响流体的流动特性,在截面积相等的条件下,圆形截面螺旋通道的压力损失较小,而三角形螺旋通道的压力损失较大；矩形截面螺旋通道内发现了四涡结构,其余皆为二涡结构；涡量分析表明,三角形截面螺旋通道涡量值较大,而正方形截面螺旋通道涡量值较小。其次,在截面积和加热面积相等的条件下,研究了半圆形、矩形、三角形3种截面形状的螺旋通道的传热特性,结果表明,半圆形螺旋通道的传热效果较好,综合性能也较好,场协同分析表明,半圆形截面螺旋通道内流体的速度场和温度场配合较好,协同程度较高,有利于传热；熵理论分析表明,半圆形截面螺旋通道的不可逆损失较小。然后,本文研究了涡发生器对半圆形螺旋通道流动与传热的影响,考察了球凸的大小及布置方式对流动与换热的影响,并且比较了半圆形、圆柱形、圆锥形3种涡发生器的强化传热作用,但其综合性能评价因子PEC值均小于1,表明湍流状态下,流动阻力的增加值大于传热系数的增加值。因此,湍流状态下,不宜采用这3种涡发生器提高半圆形螺旋通道的综合传热性能。