随着社会经济的发展，能源消耗不断增加。发展工业余热回收技术，对提高工业能源利用率，落实节能减排的基本国策具有重要意义。三维肋扁管兼具三维肋管和扁管的优点，是一种性能优越的强化换热元件，十分符合高效紧凑式换热器的设计需求。本文以三维肋扁管为研究对象，首先利用田口法进行了正交数值实验，研究了肋结构参数对三维肋扁管阻力及换热特性的影响，获得了不同肋结构参数对流动换热的影响规律，为三维肋扁管的设计和优化提供了指导，同时基于综合强化换热性能进行了肋结构参数组合的优化，获得了研究范围内具有最佳综合强化换热性能的肋片结构参数组合；然后，基于优化所得的三维肋扁管，进行了不同管束排布方式和管间距下三维肋扁管管束的流动换热特性的研究，获得了横纵向间距对叉排三维肋扁管管束和顺排三维肋扁管管束流动换热性能的影响规律，为三维肋扁管换热器的管排结构选型提供了依据；最后，借助多孔介质模型，通过引入分布阻力和分布热源，构建了三维肋扁管管束流动换热的数值模型，并取得了良好的计算效果。本文主要的研究结论如下：
　　①结合田口法研究了多种肋结构参数下的三维肋扁管的流动换热性能。结果表明：肋高和轴向肋间距对三维肋扁管的换热和阻力特性起主要影响作用，肋厚次之，肋宽和周向肋间距的影响较小。通过多元线性拟合得到了空气横掠三维肋扁管管外换热及流动阻力性能的预测关联式。三维肋扁管的综合换热性能达光扁管的2倍以上，肋高和轴向肋间距对三维肋扁管的综合强化换热性能有较大的影响。在本文研究范围内，具有最佳综合换热性能的肋片结构参数组合为肋高5mm，肋厚0.4mm，肋宽4mm，轴向肋间距1mm，周向肋间距1mm。
　　②研究了不同管束排布方式和管间距下空气横掠三维肋扁管管束的流动换热性能。结果表明：三维肋扁管管束比相同管排结构下的光扁管管束具有更强的换热能力，但其阻力损失也更大。横向管间距对叉排三维肋扁管管束流动换热性能有显著影响，随横向管间距的增加，叉排三维肋扁管管束的换热性能下降、但流阻性能得以改善，具体下降和改善的程度分别可达32%~41%和73%~78%；纵向管间距对叉排三维肋扁管管束换热和流阻性能的影响有限，不同纵向管间距下的差别分别在3.5%和3%以内；横向管间距较大的叉排三维肋扁管管束在Re较小时综合换热性能较差，随Re增大，横向管间距较小的管束表现出更好的综合换热性能；纵向管间距对叉排三维肋扁管综合性能的影响较小。当三维肋扁管管束是顺排布置时，横纵向管间距对管束的流动换热都有明显影响；随横向管间距增加，换热能力弱化但流阻性能改善，变化程度分别可达49%~55%和84%~87%；随纵向管间距的增加，顺排三维肋扁管管束的流动阻力增加，但换热能力增强；顺排三维肋扁管管束的综合换热能力随横向管间距的增加而下降，随纵向管间距的增加而增强，但在较大管间距时变化的程度不明显。
　　③基于多孔介质理论，借助三维肋扁管管束流动换热的预测关联式，进行了分布阻力和分布热源的设置，构建了基于多孔介质方法的三维肋扁管管束换热器数值模型，在大幅度减少计算量的前提下，获得了较好的计算结果。利用多孔介质方法对叉排管束计算所得的流体出口温度与整体模型计算下的出口温度的相对偏差小于1.5%，而压降的相对偏差小于15%，压降平均相对偏差为5%；而两种方法对顺排管束计算所得的流体出口温度相对偏差小于1.2%，压降的最大相对偏差和平均相对偏差分别为11.5%和5.1%。