换热设备作为化工行业最普遍的操作单元设备,换热管内结垢问题很大程度影响设备换热性能。在综合有关旋流场及流态化强化传热的研究基础上,提出螺旋流态化复合强化传热技术。首先,以液固两相流及离散元理论为指导,模拟内置螺旋流态化换热管内流场、换热性能及固体颗粒浓度分布、磨损率等与强化传热相关的部分。通过正交因素法采用四因素三水平对螺旋流态化的结构参数进行组合,螺距20、40、60mm,外径 20、24、30mm,丝径 1、1.5、2mm,颗粒浓度为 2%、4%、6%。对换热性能及除防垢能力进行深入分析并对螺旋结构参数及颗粒体积浓度进行优化,分析得到对除防垢能力影响最大的参数是丝径,但需进一步对颗粒浓度分布及颗粒与壁面碰撞数等影响参数作机理分析。其次,结合离散元颗粒计算理论与流体动力学,具体通过耦合EDEM-Fluent,获得颗粒层面的详细运动参数,将其与换热性能及除防垢模拟结果进行正交分析,得到优化螺旋流态化换热性能的可行方法。由全局优化算法拟合螺旋流态化除防垢能力与颗粒细观运动参数之间的定量关系,并完成对模型进行初步验证。最后,实验研究螺旋流态化技术强化传热及除防垢性能。通过自主搭建管壳式换热器综合换热实验平台,研究了螺旋结构参数、颗粒体积浓度和颗粒粒度对换热性能的影响以及对除防垢性能的定性影响。实验结果表明:1)流态化颗粒对换热性能影响显著,螺旋流态化相比螺旋流换热系数提高40%～50%,且螺旋流态化的换热性能随丝径和外径的增大而提高。2)对比3mm和5mm直径流态化颗粒的换热性能,1m/s流速下大颗粒换热系数高出5%～10%。3)流态化颗粒大浓度(颗粒输送电机转速110rpm)相比小浓度(70rpm)换热系数高约30%。此外,通过实验验证模拟的可靠性,结果表明模拟结果具有较高的精度,并通过换热系数间接得到各参数对除防垢能力的影响,对拟合公式进行实验验证。