有气体参与的热交换装置的换热瓶颈在于气体侧，为了达到换热壁面两侧热阻相当的最佳换热效果，本文通过优化设计气体侧强化换热元件，开发出气—气、气—液、气—固系列新型高效热交换装置，具有重要的理论意义和实际应用价值。　　 强化气体侧换热的理想手段是增加气体边界层扰动，减薄粘性底层，扩展换热面积。采用管内扩展表面技术，本文选用碳化硅材料设计了形如外肋管的管内元件；在板间，针对高温钢板焊接导致换热板间距扩大，本文设计了具有高比表面积的蜂窝状板间换热元件，通过结构设计，解决了在高温条件下，由于钢板与元件的热膨胀不同导致的板间元件与换热板的接触不良问题。　　 本文基于正交化实验设计，采用FLUENT软件，通过对设计的管内元件和板间元件的结构形式分析，对元件各个结构参数进行优化，优化后的元件大大增强了气体侧的换热，扩展的普通钢材的使用范围。模拟表明：在流速为6 m/s时，管内元件优化后能够提高换热2.8倍，压力损失每米不到35 Pa；在气体流速3 m/s时，模拟的板间元件能够提高换热5倍，压力损失每米不到80Pa。　　 采用设计的新型换热元件，根据应用场合，分别设计了使用管内元件的气—气高效列管式逆流金属换热器、使用板间元件的气—固新型固体余热回收系统、使用模块式管内元件的大管径气—液高效热交换装置，在实际应用中，具有显著的节能效果。