随着航空飞机不断地向更高性能发展,常规的热力循环受到材料性能限制,相对提升空间已经很小。因此,人们越来越关注间冷回热循环等复杂的热力循环,该循环在地面及船舶燃气轮机中已经被证明能够大幅度地提高发动机功率,并且还能降低油耗。在间冷回热循环中,间冷器、回热器等换热设备是关键的零部件。与地面及船舶燃气轮机不同,航空发动机上的换热设备需要更加稳定、紧凑、高效、轻质以及较长的使用寿命。通过研究发现,开孔泡沫金属材料具有良好的传热性、低密度、高强度、易于机械加工等优点,很适合用于制造航空发动机上的紧凑型换热器。首先,本文通过阅读国内外相关文献资料,实地调研国内几家传热风洞实验台,设计了能够满足航空发动机高温、高流速实验要求的泡沫金属传热风洞实验台。其设计入口速度不低于70 m/s,入口压力在1.0 MPa左右,加热温度不低于200℃。该实验台可以进行泡沫金属材料对流传热的机理性研究,探究泡沫金属相关特征参数对其对流传热的影响。其次,本文利用X射线CT机实现泡沫金属材料微米级孔隙结构的三维扫描和数字化重建,结合电镜观察,提取泡沫金属特征参数,分析其孔隙结构特征。借助Surface Evolver软件构建出十四面体结构,通过对该十四面体结构的优化,提出了一种新型的十四面体模型。通过和其他学者的研究结果进行对比,证明了该模型的合理性。同时,本文使用Fluent软件开展了孔隙尺度下泡沫金属对流传热的模拟,研究了泡沫金属的关键参数对其传热和阻力特性的影响规律。通过分析孔隙尺度下泡沫金属通道内温度场、速度场和压力场,更加直观地获得泡沫金属微观结构对传热特性和阻力特性的影响。最后,本文分析了泡沫金属的孔密度和孔隙率等特征参数对传热特性和阻力特性的影响,主要结论如下:当孔密度相同时,孔隙率越大,对流传热系数越大,单位压降越小;当孔隙率相同时,孔密度越大,对流传热系数越大,单位长度压降越大;同时,随着流体的流速增加,对流传热系数和单位压降都会增加。通过引入j/f作为综合性能评价指标,分析得出:泡沫金属的孔密度和孔隙率越大,其综合性能评价因子j/f越大,综合传热性能越好。在总体压力损失允许的条件下,孔密度和孔隙率相对大的泡沫金属材料更适合制作紧凑型换热器。