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凝结和蒸发是自然界最常见的两种有相变的换热方式,其中,膜状凝结是工业中最为常见的一种凝结换热方式,降膜蒸发是一种高效的蒸发换热方式广泛应用于工业生产。水平管外膜状凝结和水平管式降膜蒸发的共同特点是在管外形成一层连续流动铺展的液膜,管外液膜是阻碍换热的主要因素。可通过加速管外液体的流动,使其液膜减薄,减小其液膜热阻,同时使管外壁面流体的流动加速,达到强化换热的目的。当管外液体的流动为稳定层流时,液膜与管壁的换热主要是以导热方式为主的对流换热,因此,液膜是影响换热的主要因素。采用加速排液技术强化换热的机理主要有两点:其一,加速排泄管外液体,可以减薄液膜厚度,减小了液膜热阻,强化了液膜内热量的传递过程;其二,提高了液膜的流动速度和壁面处流体的速度梯度,强化了液膜与管壁面的对流换热。本文基于边界层理论及热量平衡研究了不同结构参数的滴形管及椭圆管的换热特性。结果表明:(1)液膜脱离壁面的临界角φc受椭圆度e及Bo数的影响,即一定的椭圆度e,Bo数越大,临界角φc越大,当Bo数一定时,椭圆度e越大,临界角φc越小;(2)在有效换热面积相等的情况下,滴型管及椭圆管相比圆管具有更好的排液性能,能有效的减薄液膜厚度,其强化换热效果主要受椭圆度e及Bo数的影响;(3)因此,在设计滴型管及椭圆管时,应该根据Bo数确定最佳的椭圆度e;(4)在相同换热面积及相同椭圆度e时,椭圆管具有比滴型管更好的排液能力,强化换热效果显著。基于VOF模型对不同管型加装排液板进行了数值模拟研究,得到了如下结论:(1)加装排液板的圆管较其光管的平均液膜厚度减薄,管壁局部Nu数增大,表明排液板起到了加速排液及减薄液膜厚度的作用,有利于强化传热;(2)排液板高度增大,管外同一周向角位置处的液膜厚度越薄,局部Nu数越大;(3)排液板宽度较小或者较大都不能充分发挥加速排液的作用;(4)滴型管、蛋形管及椭圆管E=1.5及E=2四种不同截面形状的异型管加装排液板后,管外的液体流速增大,无量纲温度减小,液膜减薄,强化了传热能力;(5)加装排液板后的椭圆管E=1.5及E=2的液膜分布相对其光管较均匀,可减小“干斑”的可能性。