本课题来自于郑州市产学研合作项目。结合立式燃气锅炉在实际运行中存在的烟气流程短、烟管内外侧对流换热系数小、锅炉排烟温度高、热效率偏低等问题,采用数值模拟和理论分析的方法开展了一系列研究工作,得出结论如下:(1)燃气锅炉新型强化烟管的开发为增加烟气流程,提高烟管内外侧的对流传热系数,增大锅炉换热面积,开发了一种立式燃气锅炉新型强化烟管,该烟管管外添加纵向翅片,管内设置缠绕螺旋片的盲管。(2)烟管内的数值模拟研究和场协同理论分析对内置外绕螺旋片盲管的烟管进行数值模拟和场协同理论分析研究,结果表明:烟管内部加入螺旋片,能改变烟气流动方向,增加烟气有效流程,减小烟气速度矢量与温度梯度之间的夹角,提高场协同程度,提高烟气在管内的对流换热系数,从而降低锅炉排烟温度;且当螺旋片节距t为126mm时烟管的PEC值最大可达1.46;烟管内部插入盲管,盲管占据烟管中心的流通面积,迫使烟气靠近管壁流动,在相同流量下提高烟气流速,在等泵功条件下,新型强化烟管管内Nu数是光管的1.86~2.33倍,PEC值是光管的1.27~1.46倍,且当盲管外径为12mm时,强化烟管PEC值达到最大;对管内结构进行场协同理论分析得出,光管管内的平均协同角为89.9°,强化烟管管内的协同角在84.2~87.3°范围内变动,且协同角的大小主要受螺旋片节距的影响。(3)烟管外的数值模拟研究和强化传热理论分析对烟管外纵向翅片的角度、高度、间距以及翅片的型式进行模拟研究,结果表明,当管外纵向翅片的倾斜角度为0°,高度为9mm,间距为7.44mm时,翅片管的传热效果最佳,且当翅片高度达到36mm时,翅片管总换热量随翅片高度的增加而基本保持不变;通过对比普通平直纵向翅片与波纹状纵向翅片的传热性能发现,当两种类型翅片的换热面积相同时,普通纵向翅片管的总换热量为波纹状翅片管的2.02~2.09倍;当两种类型翅片占据相同换热管表面积时,波纹状纵向翅片管的换热面积为普通纵向翅片管的2倍,但其总换热量仅为为波纹状纵向翅片管的0.75~0.78。(4)锅炉整体结构型式研究将所开发的强化烟管应用于立式燃气锅炉中,通过理论计算得出,在0.7MW立式燃气锅炉中,烟管的使用数量为原来的2/5,水的流速为原来的2.3倍,水的换热方式由原来的自然对流换热变为自然对流与强制对流的叠加混合换热,对流传热系数提高为原来的2.15倍;在盲管和螺旋片的共同作用下,烟气侧的对流传热系数提高为原来的2.42倍,烟气的流程增加到原来的1.26倍;速度增加到原来的1.86倍,速度增加的幅度大于烟气流程增加的幅度,且考虑到烟气侧的对流传热系数远小于管外水侧,所以在传统立式燃气锅炉结构的基础上开发出一种双回程立式燃气锅炉,计算表明,双回程燃气锅炉烟气的流程为原来的2.68倍,对锅炉内介质的对流换热和辐射换热具有强化作用。上述研究成果对提高立式燃气锅炉效率,降低锅炉排烟温度具有显著效果,同时也为今后的工程实际应用奠定了理论基础。