强化传热技术是提高换热设备能源利用率的有效途径之一。该技术在对流传热方面的应用最为广泛,通常采用改变流道截面积、改变流道表面形状、添加绕流结构和施加外力等措施来增强流动不稳定性,破坏壁面边界层,达到强化传热的目的。台阶绕流是改变流道截面积的典型代表,能有效地增强流道中的流动不稳定性,从而强化壁面传热。该流动不稳定性在过渡流下存在周期性或准周期性的变化规律,因此,研究过渡流下的瞬态流动特征及其对传热的作用具有意义。目前,过渡流下台阶绕流的研究不多,不同台阶模型中旋涡的运动规律没有系统归纳,瞬态流动与瞬态传热的关联性也没有深入阐明。针对这些问题,为了揭示台阶绕流分离再附流动不稳定性的强化传热机理,本文以后向台阶、前向台阶和组合台阶绕流为对象建立了流动传热数值计算模型,并设计搭建了后向台阶绕流闭式循环水槽实验台。通过数值模拟结合PIV实验的方法,研究了过渡流下各台阶模型中的流动传热问题。首先,针对雷诺数的影响,研究了400≤Re≤1000工况下不同台阶绕流中的流动传热特性。在后向台阶绕流中,流动进入过渡流后,底面传热显著增强,尤其表现在主回流区下游。在前向台阶绕流中,流动未产生明显的不稳定性,各壁面传热随雷诺数增大均匀增长。在组合台阶绕流中,随着雷诺数的增大,台阶底面各区域的传热均得到了增强,主回流区以及再附着区的传热明显优于后向台阶绕流。然后,在过渡流下,对不同台阶结构中几何参数的作用进行了考察。在后向台阶绕流中,随着扩张比的减小,再附着区域下游的流动不稳定性和传热逐渐增强。在前向台阶绕流中,随着收缩比的减小,台阶下游流动的加速效应增强,促使壁面局部区域的传热提升。在组合台阶绕流中,随着底面长度在一定范围（8h≤Lb≤14h）内增大,流体的振动先由无规律振动转变为周期性振动,而后周期性减弱。其中周期性的流体振动可使底面局部时均努塞尔数提高10%以上。随着台阶高度的增大,周期性流体振动的频率逐渐减小,振幅逐渐增大,速度振幅的增大可使底面局部时均努塞尔数最大提高1倍。进而,基于以上研究结果,对过渡流下典型台阶绕流的分离再附强化传热机理进行了分析。在后向台阶绕流和组合台阶绕流中,主回流区分离剪切层的流体再附着时,流体冲击壁面诱导形成了顺时针旋转的近壁旋涡。这些旋涡的周期性运动不但破坏了壁面的速度边界层,还引入了主流内的低温流体,从而强化了台阶底面的传热。针对瞬态流动传热中产生动量传递与热量传递的非相似性,对其形成原因进行了研究。由于流体再附着的影响,再附着点下游形成一系列的旋涡,增强了流道中的流动不稳定性。这些旋涡的相互作用又引起了温度场的波动,促进了冷流体和热流体的混合,增强了流道中的传热不稳定性。这两种不稳定性的共同作用引起了瞬态动量传递与瞬态热量传递的非相似性。最后,根据不同台阶结构中的流动传热结果,进行了对比分析。通过分析发现,在流动不稳定性方面,组合台阶绕流比后向台阶绕流提前产生流动不稳定性,研究中给出了基于雷诺数和台阶底面长度的流动不稳定性形成分布图。在传热性能方面,后向台阶绕流从层流进入过渡流时的传热增幅最大,前向台阶绕流的传热最稳定,组合台阶绕流的传热性能总体最佳。本文关于过渡流下台阶绕流流动传热特性以及强化传热机理的研究结果能够为换热设备的设计提供理论参考,具有一定的科学意义和工程价值。