近年来,微型内燃机凭借其能量密度高的巨大优势正成为新一代便携式电源的发展趋势。本文正是基于中科院广州能源所、工程热物理所、南京航空航天大学提出的微型三臂摆动式发动机概念,针对其热工效率低于10%的情况,开展了对其能量损失的主要途径的分析,提出了通过加装回热器进行余热回收的方法来提高发动机热工效率,发明了一种带回热器的微型摆式发动机混合循环原理,同时,对回热器中存在着的小尺度小流量以及间歇式换热这两大特性进行了分析研究,主要工作和结论如下:发动机运行多缸混合循环时,回热器可通过回收发动机尾气中以及腔体泄漏的热量加热预混压缩气体,在理论上不仅可以保证发动机正常运行并且有效提高了热工效率。对于小尺度小流量的特点,先在二维平行平板通道中讨论了两种经典的热边界条件——恒热流与恒壁温条件的适用性,结果表明:冷热气体进口热容相同,换热情况近似恒热流;固体材料导热系数增加,换热趋于恒壁温,但仍不可用后者替代;雷诺数极小时,比表面积较大的因素决定了换热近似恒壁温。接着,采用恒热流边界条件代替热气,数值模拟单圆管通道中Re?150~1500的层流流动与换热,结果表明:流动方面,阻力系数变化规律与常规尺度趋势相同,但低雷诺数时需考虑管径的影响,管径越小,阻力系数越小;传热方面,气体物性随温度变化较大;轴向导热效应恶化换热效率且受几何尺寸的影响。最后,设计了套管换热器,并着重分析了轴向导热效应对换热有效度的影响,发现不同几何参数、固体材料导热系数对轴向导热效应影响程度不同,根据所得结论,对回热器进行优化,把有效度的下降值控制在5%之内。对于间歇式换热的特点,对前文已设计的套管换热器在简化工况下进行数值模拟研究,得到了不同于定常换热的两个主要特点,分别为:固壁轴向导热效应显著以及固壁温度随时间的产生周期波动。并提出了评价两个特性的无量纲参数气固传热热阻与固体轴向导热热阻比*R以及气体与固壁热容量比*C,分析了影响这两个参数的因素以及作用机制。基于前文对小尺度间歇式流动及换热的研究,初步设计了应用于摆式发动机的管壳式回热器,发现了真实工况下的换热有效度低于简化定常设计工况约26%,增加阻流板强化换热的方法理论上可提升10%,设计试验进行验证时发现壁面散热以及管路导热严重影响试验结果,有待进一步研究。