管翅式换热器广泛应用于化工、制冷、能源等行业。在管翅式换热器的典型应用中,翅片侧通常是气体流体,实际应用中气体热阻占据总热阻的80%以上。管翅式换热器的性能评价主要涉及传热性能和流动阻力两个方面,故其优化设计主要着眼于强化传热效果和减小流动阻力。本文主要对不同型式空气流道的管翅式换热器进行研究,采用数值模拟及实验的方法分析管翅式换热器空气流道型式对于强化传热的影响,分析其强化传热机理,对管翅式换热器进行了优化设计。使用椭圆管替代圆管是管翅式换热器空气侧强化传热的有效措施。本文对椭圆管管翅换热器进行了数值模拟和优化设计。数值模拟的结果表明,椭圆管道能够减小管后的回流区域,在不明显减弱换热表现的同时减小流动阻力。为了获得最优的传热表现和压降性能,引入了神经网络和遗传算法对椭圆管道的椭圆率配置进行优化。使用贝叶斯正则化神经网络进行监督学习,使用多目标遗传算法对于神经网络的预测进行寻优,最终以帕累托前沿的形式得出了不同雷诺数下的管道椭圆率配置。本文对析湿工况下的扁管翅片换热器进行了数值模拟和实验研究。主要分析了平直翅片换热器、平直翅片百叶窗换热器、波纹翅片百叶窗换热器三种不同换热器的传热性能。百叶窗叶片能够起到气流导流的作用,使得气流从主要在翅片间流动变为主要在百叶窗流道内进行流动。实验结果表明,在较低的雷诺数的析湿工况下,带有百叶窗的换热器相比平直翅片换热器,换热和压降均明显提升。其中百叶窗尺寸占流道比例更大的平直翅片换热器相比波纹百叶窗换热器的换热效率提升了5.7%~18.3%,压降提升了18.2%~29.3%。数值模拟的结果指出,波纹百叶窗换热器中百叶窗导流效果减弱,更多空气从翅片通道流过,进而减弱了传热效果。对于传热和传质效果,数值模拟和实验的吻合较好。