斯特林机作为一种外燃式发动机具有多热源的广泛适应性和优良的环境特性正日益受到人们的重视。振荡流是斯特林机内部工质的重要特征之一。精确地分析和预测斯特林机换热器内的振荡流动和传热性能,对于优化设计斯特林机而言十分重要。针对斯特林机换热管内振荡流具有空间狭小、高频、可压缩、多变等复杂特性,本文开展了管内振荡流动的理论分析和实验研究。在现有振荡流分析研究的基础上,以双活塞驱动管内层流振荡流为研究对象,应用复合函数理论求解控制方程,得出层流充分发展下管内振荡流动和传热的分析解。采用基于动网格技术的k-ω双方程湍流模型,数值求解管内振荡湍流的流动与传热特性。数值结果表明周期内不同相位下管内截面速度和温度分布都有着显著差异,在某些相位下出现“速度环”和“温度环”现象；当管壁加热温度恒定时,轴向高温流体主要位于x=0截面附近。采用热线技术HWA和相位多普勒技术PDA分别测量不同工况下管内流场分布并与分析解、数值解相对比,表明对于低动态雷诺数Reω层流管内振荡流动,实验值和复合函数分析解吻合度较高最大偏差低于15%而与湍流模型数值解偏差较大；相反对于较高Reω数湍流工况,湍流模型数值解较为准确偏差小于16.5%而分析解仅能给出定性描述。开展恒定壁面温度的管内振荡流换热实验研究,表明随着振荡频率(Reω)增大管内流速增加,流动边界层和温度边界层厚度减小,对流换热增强,斯特林机热功转换效率提高。将复合函数理论和湍流模型数值法应用于环形截面管内振荡流,发现通道外径与内径比值c对于流动影响较大。当c较大时,截面速度呈“环状”分布,c较小时,则近似为抛物线分布。相同Reω数下,随着c值减小周期内温度振幅增加,波动加剧换热管传热效率增加。