攪拌罐在各種工業過程中起著至關重要的作用，包括分解、聚合和其他生產過程。它們是食品、生物技術、石油和化工等行業中的重要設備。在混合過程中，許多反應伴隨著熱量的釋放或吸收，因此需要精確的溫度控制以確保產品質量和工藝安全。因此，通常在攪拌罐周圍安裝夾套式換熱器來調節內部溫度[1,2]。因此，全面研究夾套內的熱液壓特性并通過提高外部換熱效率來優化內部反應過程對實際工業生產具有重要意義。

由于結構簡單和良好的換熱特性，帶夾套的攪拌罐受到了廣泛關注。最近的研究越來越多地集中在優化夾套配置上，以進一步提高熱液壓性能，尤其是在有效傳熱面積已經足夠的情況下[3,4]。國內外研究人員廣泛研究了半圓形管夾套的熱液壓特性。Pawer等人[5]研究了圓形截面的螺旋通道中的流動和傳熱特性，并證明幾何參數對熱性能有顯著影響。Hu等人[6]設計了一種新型的帶夾套攪拌罐，并通過實驗表明，加熱表面的直接氣泡融合顯著提高了傳熱效率。Saffari等人[7]數值研究了Re和曲率半徑對螺旋盤管壓降的影響，發現這兩個參數都會增加流動阻力。隨著對螺旋和非圓形夾套幾何形狀的興趣日益增加，一些研究人員對不同截面形狀的通道進行了比較研究[8],[9],[10]，這些研究表明截面形狀在決定二次流動強度和傳熱效率方面起著關鍵作用。Li等人[11]將基于噴射的縱向渦流發生器引入螺旋夾套中，并報告了局部傳熱的顯著增強，盡管伴隨著流動阻力的增加。這些研究表明，誘導二次流動結構是提高夾套側傳熱的有效方法。

夾套安裝在攪拌罐的外壁上，以實現攪拌罐內的流體與夾套內循環的冷卻劑之間的熱交換。然而，由于流速較低，整體式夾套通常具有有限的熱傳遞性能。為直接解決傳統夾套的局限性，一些研究人員專注于優化夾套幾何形狀以促進二次流動并改善對流傳熱。Zhang等人[12]使用VSP方法數值研究了矩形螺旋夾套，并分析了曲率、扭轉率和長寬比對傳熱性能的影響，隨后建立了摩擦系數與Nu之間的關聯關系。Jia等人[13]引入了一個耦合數值框架來求解帶曲葉片葉輪的夾套攪拌罐中的共軛傳熱問題。他們的結果表明，后掠式葉輪配置顯著降低了功率數，同時提供了更均勻的壁面熱流分布。進一步的研究強調了強化夾套側流動結構以同時提高傳熱和溫度均勻性的重要性。Wu等人[14]提出了一種內部扭曲的螺旋管，并證明誘導的二次流動有效提高了傳熱效果并改善了溫度均勻性，與傳統直管和螺旋管相比。Zhang等人[15]設計了一種側壁波浪逐漸增加的螺旋通道換熱器，發現增強的波浪性增強了二次流動，減薄了熱邊界層，并在壓力降僅略有增加的情況下提高了傳熱性能。Jha等人[16]提出了一種帶螺旋翅片的夾套加熱器，以提高熱穩定性。通過大量模擬和實驗驗證，研究了螺旋翅片對傳熱性能和溫度均勻性的影響。他們的研究結果表明，引入螺旋翅片通過減少內部溫度梯度顯著提高了熱性能。改進后的設計使熱穩定性比傳統夾套式攪拌罐提高了25%。現有研究表明，夾套結構優化可以有效提高傳熱效果。然而，在提高傳熱效果、控制壓降和保證夾套式攪拌罐的結構可行性之間取得平衡仍然是一個關鍵挑戰。

除了通道形狀優化外，表面修飾技術也被廣泛用于提高對流傳熱。凹槽被認為是一種有效的被動傳熱增強方法，并已廣泛應用于換熱器和冷卻通道中。Yang等人[17]開發了一種創新的換熱器，其中包含橢圓形凹槽，并分析了攻角對整體性能的影響。他們發現新結構誘導了二次流動強度，顯著提高了傳熱效果，并優于傳統的渦流發生器。Valappil等人[18]對帶有球形凹槽的管進行了大渦模擬，表明誘導的渦流有效減薄了熱邊界層，從而顯著提高了Nu值，同時壓力損失適中。Huang等人[19]通過引入凸起和凹陷的凹槽對微通道散熱器的沖擊射流表面進行了數值分析，報告稱凸起凹槽提供了最有效的冷卻效果，同時降低了流動阻力。Xu等人[20]對帶有凹刻結構的微通道進行了數值模擬，證明凹面有效降低了局部流動阻力并提高了熱性能。Mashayekh等人[21]對帶有球形凹槽的管中的湍流和傳熱特性進行了數值研究，研究表明球形凹槽通過誘導渦流增強了湍流和傳熱，但同時增加了流動阻力。一些研究人員探討了凹槽結構和排列對熱液壓性能的影響。Pazarl?o?lu等人[22],[23],[24]對帶有橢圓形凹槽的管中的傳熱增強機制進行了廣泛研究。他們在恒定熱流下數值研究了帶有橢圓形凹槽的管中的傳熱增強機制。結果表明，橢圓形凹槽和槽射流的組合可以增強流動擾動和熱邊界層的發展，從而提高傳熱效率。Paul等人[25]研究了凹槽數量的影響，并報告稱最佳排列可以改善整體性能。Dong等人[26]數值研究了凹槽攻角對通道熱液壓性能的影響。結果表明，當攻角優化調整到60^°時，通道的熱性能因子達到最大值1.473。Liao等人[27]進行了數值模擬，探討了橢圓形凹槽的排列方法。他們發現沿下游路徑對稱排列的橢圓形凹槽顯著提高了傳熱性能。Xu等人[28]在流動阻塞條件下通過實驗測量和數值模擬研究了帶有凹槽的狹窄矩形通道內的熱液壓性能，結果表明當三個凹槽橫向排列時，平均Nu達到最大值。該研究進一步表明，帶有額外幾何特征的集成凹槽是提高傳熱性能的有效策略。Che等人[29]探討了凹槽數量和直徑對冷卻通道中的流動特性和傳熱性能的影響。他們的結果表明，隨著凹槽數量的增加，傳熱性能持續提高。Burgess[30]和Won等人[31]使用實驗和數值方法研究了凹槽深度對流動和傳熱特性的影響。結果表明，較深的凹槽增強了渦流強度并提高了熱性能，但導致了更大的流動分離和摩擦。

基于上述研究，已經獨立地對夾套和帶凹槽表面的流動特性和傳熱性能進行了廣泛研究。以往的研究主要集中在螺旋翅片夾套幾何形狀或凹槽在直通道中的應用上。然而，很少有關于在螺旋翅片整體式夾套配置中結合使用凹槽的報道。凹槽誘導的渦流與曲率誘導的二次流動之間的相互作用可能導致與直通道不同的傳熱性能。因此，本工作的新穎之處不在于引入凹槽本身，而在于將它們整合到螺旋翅片整體式夾套幾何形狀中，并對其熱液壓效果進行了定量評估。通過數值模擬研究了凹槽數量和深度對熱液壓性能的影響。這種新型配置與傳統整體式夾套相比，提供了顯著提高的傳熱性能。凹槽的整合大大增強了熱性能，表明它們是未來夾套設計的有效增強策略。本研究還為Nu, f和PEC建立了與Re、凹槽數量< />和凹槽深度相關的函數關系，為實際工程應用提供了有價值的參考值。