换热器（也称热交换器）,是一种利用对流换热以及热传导原理将热量从热流体传递到冷流体的流体传热设备,不仅可以满足实际工业生产中的相关工艺需求,同时在进行热能二次回收利用和节能降耗中也具有重要作用。为了优化换热器的流动与传热性能,从管型结构方面研究对换热器综合换热性能的影响是十分有必要的。本文首先建立了换热器二维模型,采用数值模拟的方法对比分析了管型结构对换热器的换热与阻力特性的影响;其次,建立翼型管换热模型并采用多目标粒子群优化算法对换热管管型结构进行优化设计。最后搭建了相应的实验平台,通过对比实验与仿真结果,验证了优化结果的准确性以及数值模拟的可靠性。主要研究内容包括:（1）基于计算流体力学相关理论和换热器工作原理建立了换热器二维模型,详细阐述了数值计算中的边界条件、求解方法以及网格无关性等问题。首先通过对比数值模拟结果与经验公式结果验证数值模拟的可靠性。其次采用数值模拟的方法对比分析翼型管换热器与圆管换热器的流动与换热性能,研究结果表明翼型管结构具有较高的换热性能以及较低的流动阻力。（2）基于Isight平台实现Python、CAD、ICEM以及FLUENT等多个软件集成的自动化联合仿真。首先对翼型管结构进行参数化建模,选用最优拉丁超立方采样的方法进行150组数据的DOE试验设计,得到翼型各个参数对翼型传热管流动与传热性能的影响。其次采用多目标粒子群优化算法（MOPSO）对翼型管结构进行优化设计,经过500次循环,得到具有良好综合性能的翼型管结构,并对其进行管束排布,综合对比分析得到具有更好的传热性能与更低流动性能的翼型管阵列模型。（3）设计了翼型管流动与换热实验研究方案和测控系统方案,并以此搭建了翼型管流动与换热实验平台。首先分别对速度在1～3.5m/s范围内的试件54mm圆、试件基准翼型和试件493翼型的流动与传热性能进行了实验研究。其次对比分析了实验结果与数值模拟结果,研究结果进一步表明了优化翼型493试件的综合评价指标明显优于其他试件,同时实验结果与数值模拟结果的误差较小,验证了本文翼型管流动与传热性能数值模拟的可靠性。