螺旋缠绕管换热器是一种高效紧凑的换热器，具有传热效率高、结构紧凑、单位体积传热面积大、能承受高压和易多流股化等诸多优点。扩展使用螺旋缠绕管换热器可以节约金属材料和减少设备用地，市场潜力巨大，对其研究具有重大意义。本文首先对螺旋缠绕管换热器壳侧流动进行数值模拟研究，探讨结构参数、工况、物性参数对壳侧流动与传热的影响。在此基础上提出螺旋缠绕三叶管和螺旋缠绕椭圆管新型结构并对其壳侧和管内流动与传热进行数值模拟研究。本文主要工作和结论有：（1）分析每个湍流模型的优缺点最终选用Realizable k-ε两方程模型为湍流模型，对边界层低流速区采用scalable wall functions来对湍流模型进行修正。壳侧流动计算结果与Tube bank模型的关联式吻合良好。（2）通过对螺旋缠绕圆管壳侧流动的结构参数（缠绕管的外径、缠绕的径向间距和缠绕的轴向间距）、操作工况Re和物性参数Pr等5因素的正交试验研究，发现这些参数的影响权重顺序为：Re>Pr>Pr>Pl>Dtube。说明操作工况Re和物性参数Pr对螺旋缠绕管壳侧流动的影响是最大的。单因素分析表明：随着Re的增大，壳侧流动的进出口压降、温差，表面传热系数，壳侧表面的Nu都呈现增大的趋势；随着物性参数Pr的增大，壳侧流动的进出口压降、表面Nu、阻力系数，传热系数都逐渐增大，而进出口温差则逐渐降低。最后对正交试验和单因素试验的50组数据进行拟合得到传热和流阻的关联式。（3）提出新型螺旋缠绕管换热器，即螺旋缠绕椭圆管和三叶管换热器。利用数值模拟的方法分析不同结构参数新型螺旋缠绕管换热器壳侧和管内流动与传热特性。分析表明：新型结构换热器的管内流动同样出现类似螺旋缠绕圆管的二次流，但是二次流的方向和形状差别较大。通过分析螺旋缠绕椭圆管的壳侧和管内流动发现，壳侧综合传热性能较差，但管内综合性能和场协同性都较好，因此整体而言具有强化传热优势；螺旋缠绕三叶管的壳侧和管内流动从综合传热性能和场协同角度分析其性能都比较好，因此三叶管新型结构能够同时强化管内和壳侧传热，是一种优异的结构形式。