管壳式换热器被广泛的应用于炼油、化工、制冷、机械和动力等行业中，在当今能源紧缺的社会，充分发挥换热器的传热能力事关重要。因此，研究和开发有效的强化传热技术，将带来巨大的社会和经济效益。目前为止，管程强化传热的研究已经较为深入，而关于壳程强化的研究相对较少，并主要集中在管型或支承结构上。本课题提出的钉头管一光管混合管束换热器是一种集壳程传热强化和管子自支承于一体的新型换热器。 本文首先根据流体力学的动量微分方程，将换热器壳程当量流道中的速度简化为光滑环形流道内无扰流时的速度与自由场中扰流钉头后的速度的叠加，分别建立了流体在层流和湍流状态下的速度分布理论模型，并推导出预测摩擦系数的数学表达式。同时，应用流体力学和传热学的能量微分方程和连续性方程推导出了能预测层流和湍流状态下传热膜系数的数学模型。为今后研究钉头管一光管混合管束换热器的壳程性能建立了一定的理论基础和对比依据。 理论与实验研究表明，钉头管一光管混合管束换热热器的传热膜系数和摩擦阻力与钉头结构参数密切相关。并且实验研究还表明，当560≤Re<1100时，s=20mm的混合管束传热强化性能最优，其平均a/△p性能比纯光管管束提高了40％；但在1000≤Re≤4295时，则以s=35mm的钉头管一光管混合管束传热强化性能最优，其平均a/△p性能比纯光管管束提高了34％。 钉头管一光管混合管束换热器的壳程具有传热效率高、流动阻力小和有效消除流体诱导振动的优点。主要原因在于：一，钉头的扰流作用促进了流体的径向混合和边界层的破坏，从而使得流体由层流状态向湍流状态的转捩现象不再明显；二，钉头作为二次传热面增大了流体的传热面积；三，由于在该纵流型换热器中，管程与壳程流体完全逆流，增大了有效温差，避免了折流板带来的流动死区，也避免了流体横向冲刷管束引起的流体诱导振动。