换热器对能源的高效利用与动力机械的效率提升有着重要意义;对其性能需求的不断攀升使设计向专业化发展,目标在提高传热效率、降低压降及减轻质量等。本文基于工业界的切实需求,针对舰船用滑油冷却器设计了一种“短肋/凹陷强化换热管”,针对无人机用微型燃气轮机设计了两种新型“逆流式/交叉流式环柱体回热器”,并引入倾斜椭形凹陷/凸起结构强化换热。采用耦合换热数值模拟方法,研究了换热器的整体性能以及内部流动与传热特性,揭示了相应的强化换热机理。滑油-海水管壳式换热器承担着冷却滑油以保障发动机安全稳定运行的重要作用。新型“短肋/凹陷强化管”设计利用一次表面改型,在管内呈V型间断布置倾斜短肋,管外对应为长椭形凹陷结构;具轻质量、易加工、高换热、低流阻的优点。管内外呈逆流与交叉流时,强化管总换热系数分别提升31%和14%。对于管内海水,间断布置的短斜肋破坏边界层并生成三对纵向涡,冷热流体掺混加剧,从而强化了管内整体换热。对于管外滑油,处层流流态而边界层未发生明显分离,其传热与流动特性与光滑管相似。该设计对减小滑油冷却器占用空间及质量,适应舰船的性能提升有重要意义。微型燃气轮机在军民用领域应用前景广阔,回热器是提升其工作效率的关键部件。本文设计的两种“逆流式/交叉流式环柱体回热器”适用于不同布置方式,质量均小于3.6kg,紧凑度超1230m~2/m~3,换热功重比可达23k W/kg。回热器芯体具渐开线通道廓形,内置不等长导流肋片支承、调节流量分配并增大换热面积,可采用增材制造技术加工成型。在设计工况下,逆流与交叉流式回热器有效度分别为0.58和0.53,相对压降为8.2%和3.9%。此外,在高温燃气和低温空气通道分别布置倾斜长椭形凹陷、凸起结构,通过近壁生成长螺旋涡二次流,并诱发大尺度纵向涡强化换热,逆流式回热器有效度可进一步提升至0.62。这为国内研发制造轻质高性能的微燃机回热器提供重要参考。