内燃机排气由于温度高、热量多等特点,具有巨大的余热回收潜力。在众多余热回收技术中,热力循环技术因具有效率高、适应性强、运行稳定等特点,被认为是有效方案之一,而其中的烟气换热器主要用于回收排气中的热量,是直接影响整个循环热效率的关键部件,受到学术界的广泛关注。内燃机中燃料燃烧会生成碳烟颗粒,排气中的碳烟颗粒沉积在换热器表面,形成的沉积层导热系数很低,这将导致换热器的换热性能大幅降低,除此之外,还会增加制造成本、运行成本、维护费用,増加设计的不确定性。因此,为减少换热器的性能衰减,针对碳烟颗粒沉积机理和沉积特性的研究具有重要意义。本文通过探究碳烟颗粒沉积分布特性,找出颗粒沉积集中的区域,并具有针对性地开展换热器结构优化研究,具体内容如下。本文以Kern-Seaton模型为基础,建立了碳烟颗粒沉积分布的数值模型,并对管排换热器进行了CFD计算,以颗粒沉积率为衡量指标,探究了碳烟颗粒在换热管上以及不同管排处的沉积分布特性,并分析了流速、入口温度、壁面粗糙度、纵向管间距等参数对碳烟颗粒沉积的影响。结果表明:碳烟颗粒的沉积主要发生在颗粒速度较小且与换热表面碰撞几率较大的区域,沉积位置集中在第一排管正面的滞止区与各排管后的尾流区附近,由于管后尾流区的存在,不同流速与粒径下第三排管处的沉积率均为最大,沉积占比最高达57.8%;颗粒沉积率与流速呈负相关、与入口温度和壁面粗糙度呈正相关变化;当纵向管间距增大时,颗粒沉积率先稳定后上升,针对顺排管排换热器,综合考虑沉积率和换热压降性能,纵向管间距为1.75时最优。基于碳烟颗粒沉积分布特性,进一步设计了不同换热管形状（圆管、椭圆管）以及不同管排布置方式（顺排、叉排）,探究了不同结构对其沉积性能的影响以及沉积前后换热、压降性能的变化,并提出了一种最佳结构。结果表明:在换热性能方面,沉积前叉排结构的换热性能普遍更优,但其沉积后性能下降明显,使得大部分顺排结构的换热性能更好;在压降方面,沉积前后顺排结构性能均更优;综合换热压降性能,在沉积前叉排结构更优,沉积后顺排结构更优,性能最优的结构为顺排轴长比r/R=0.8的椭圆管结构;在不同入口温度下,顺排轴长比r/R=0.8的椭圆管结构的平均换热压降性能相较于顺排圆管和叉排圆管,在沉积前分别提高了23.28%和9.94%,在沉积后分别提高了51.63%和223.31%,故在本文的工况与条件下,此结构为最佳结构。