换热设备在核工业、能源、石油、化工、电力等行业应用十分广泛，在节能降耗上起着重要的作用。强化传热过程及其装备的设计理论研究是传热学、流体力学、弹性力学、机械设计理论和热能工程领域的重要研究课题。强化型波纹管换热器是一种优良的强化传热装备，它通过流通截面周期性变化的强化型波纹管作为换热元件，传热系数大大提高，换热能力提高2-3倍，具有重要的应用价值。但其工艺过程中的传热、流体阻力、强度、刚度、稳定性、振动特性等理论问题没有得到根本解决。 本文利用传热学、流体力学、弹性力学、振动力学、有限单元法以及实验测试技术对波纹管管内液体传热特性、管内流阻特性、波纹管的强度刚度稳定性、波纹管振动特性以及波纹管管板强度等问题进行了研究。 分析了对流传热的主要影响因素，说明了波纹管强化传热的机理。认为对流传热热阻的主要在边界层，波纹管强化传热的关键在于流体对边界层的扰动和冲刷，减薄和破坏了边界层。提出了确定截面平均物理量的体积流量平均法以及根据波纹管内流体速度分布和温度分布推算波纹管局部对流传热系数和努塞尔数的方法，推导了根据波纹管内速度分布和温度分布来求解局部对流传热系数和努塞尔数的公式，所得结果对传热研究具有普遍的指导意义。用所提出的方法得到了特定规格波纹管管内传热的准则方程，表明波纹管的传热系数是相应的光滑直管的2.5倍多，并且波纹管的尺寸加工误差对传热性能影响不大，这些结果对波纹管传热过程的工程应用具有重要意义。 用因次分析法得到波纹管流动阻力系数与流体流动状态及波纹管无量纲尺寸之间的关系，对波纹管的流动阻力研究具有普遍的指导意义。结合实验与数值研究，得出了特定规格波纹管的流动阻力系数表达式，对其工程应用具有重要价值。 对波纹管进行了实验和数值应力分析，结果表明，光滑直管经成型加工制成波纹管后，应力分布复杂化，并明显大于成型前的光滑直管的应力。波纹管屈服压力比成形前明显降低，但爆破压力与成形前的光滑管基本相同。由于波纹管的制造尺寸偏差及剧烈的形状突变，实验应力分析结果和数值分析结果虽然不能较好地反映实际情况，但能定性确定波纹管的应力分布情况，对进行进一步分析有重要参考价值。提出波纹管的强度安全性分析的爆破设计准则，具有重要的应用价值。 用实验方法研究了波纹管的轴向刚度，发现波纹管的轴向变形根据变形量大小分四个阶段，因而有4个刚度数据。波纹管的轴向变形即有拉伸作用的贡献，又有弯曲作用的贡献，其刚度与厚度的关系介于两者之间，研究结果表明，波纹管的轴向刚度与长度成反比，与厚度的1.5次幂成正比。根据波纹管轴向刚度研究，提出了波纹管换热器管板的强度分析的当量弹性模量法，对波纹管换热器的工程应用具有重要意义。 用实验方法研究了波纹管的外压稳定性，表明波纹管的外压稳定性比相应的光滑直管好，提出在波纹管结构安全分析中可以保守地按光滑直管进行外压稳定性计算。推导了光滑直管的轴向临界压力计算公式，分析了波纹管的几何特点和稳定性弯曲微分方程的特征，提出了波纹管的轴向稳定安全性分析的当量抗弯刚度法，在进行波纹管稳定安全性分析时可将波纹管当量化成具有相同抗弯刚度的光滑直管。得到了特定规格的波纹管当量抗弯刚度表达式。 根据换热器中换热管的三种支承边界条件，推导了光滑直换热管的横向振动固有频率。对换热管振动微分方程的特征和波纹管的几何特点进行分析，提出了当量抗弯刚度和当量单位长度质量的概念，认为分析波纹管振动特性时，可把波纹管当量化成具有相同横向抗弯刚度和单位长度质量的光滑直管。对管外流体横向绕流管子的问题进行了定性分析，指出流体横向绕流光滑直管和横向绕流波纹管虽然有差别，在波纹管波峰不是很大时，这种差别不会引起流态的变化，可近似地把波纹管转化成直径为其波峰和波谷的平均直径的光滑直管进行传热、流体阻力计算以及激振计算。