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能源与环境问题日益严峻,强化换热管因能够较显著地提高换热设备换热效率和减少能源消耗而被广泛应用于工业生产和日常生活中。本论文借鉴丁胞强化换热管几何减阻特性,提出了一种新型的涡节强化换热管,采用数值模拟方法系统研究了新型涡节强化换热管管内流体的流动与换热特性。论文首先基于结构力学理论,首次利用有限元法模拟了涡节管的加工工程,建立了与实际物理模型一致的几何模拟模型。采用可实现的k-ε湍流模型分别对基于结构力学方法和计算机辅助设计方法(CAD)建立的几何模型进行了涡节管管内流体流动与换热过程的数值模拟,对比分析了两种不同几何模型的管内流动和换热特性的差异,并基于场协同理论分析了造成两种模型换热能力差异的缘由。涡节管管壁的突起结构能够更为有效地强化管内流体的对流换热。相对结构力学模型,CAD模型的涡节管强化换热能力低、流动阻力大、综合性能因子小。5000<Re<30000时,涡节管相比光管换热能力提高了22~53%,具有优良的流动换热综合性能。进一步利用结构力学模型分析了不同几何参数(涡节旋转角度α,间距s、凹陷深度h以及外接球半径R)和Re等因素对涡节管管内流体流动阻力与换热特性的影响行为及规律,获得了优化的几何参数组合:α=60°、s=25 mm、h=8 mm和R=30 mm,此时涡节管综合性能因子为1.19~1.27。采用多元回归分析法,拟合得到Nu和f的准则关系式,并验证了其可靠性。最后,研究了结构参数和插入扰流件对涡节管管内流体换热与流动阻力的影响。涡节管圆周方向上增加一个凹坑可使全局Nu进一步提升8.4~20.8%;涡节管主流区域插入光滑扭带换热强化效果受限且会引起更多的压降和损失。