随着低温工程技术的发展,超流氦系统越来越多的应用于科研及工程中,在高能粒子物理、核科学技术等领域发挥着重要作用。负压换热器是超流氦系统中用于负压氦蒸汽与液氦之间传递冷量的设备,作为超流氦系统的关键设备,其传热及流动压降性能的表现对超流氦系统的整体性能有着重要影响。负压换热器具有工作介质传热温差小、工作温度低、且处于负压工况中的特点,但制冷系统对其换热性能和流动压降有较高的要求。这一矛盾的存在,使得开展负压换热器的精确设计和优化研究具有十分重要的意义。本文针对负压换热器的性能测试及优化理论展开研究,工作内容主要包括:设计并搭建超流氦负压换热器实验平台。从超流氦系统原理出发,对负压换热器实验平台进行流程设计。针对超流氦系统的特殊要求,对实验平台绝热方案,结构及测控系统进行设计,使其满足低漏热及高测量精度的要求。针对实验平台调试中出现的热声振荡及气阻现象进行了结构及实验流程的优化。结果表明实验平台可以实现极限流量小于1.5g/s,极限压力小于3000 Pa的工况下的换热器性能实验,且实验工况下温度测量精度小于2%,氦池漏热小于1W。针对新型翅片绕管式负压换热器及板翅式负压换热器展开实验研究。利用热阻分析法建立换热器传热模型,并对计算模型进行简化,依靠负压换热器低温实验平台进行实验研究。根据实验结果建立不同换热器关于传热因子j及摩擦因子f的实验关联式。采用分布参数微元法建立换热器计算模型。以绕管式换热器为研究对象,利用分布参数微元法建立换热器计算模型并进行求解,并将实验结果与计算结果进行对比,对分布参数微元法进行验证。对负压换热器优化方法及优化变量展开研究。以交错流板翅式负压换热器为研究对象,采用修正熵产数及火积耗散数作为优化目标函数,分别利用单目标优化遗传算法SEGA及多目标优化遗传算法NSGA Ⅱ对换热器进行优化计算。通过结果的对比,得到不同目标函数对换热器优化结果的影响。在此基础上首次将分布参数微元法与NSGA II结合,以板翅式负压换热器为研究对象,以修正熵产数为目标函数,利用板翅式负压换热器实验关联式对其进行优化计算。在求解中根据不同的初始参数,通过多次迭代得到板翅式换热器的温度场。利用多目标遗传算法得到Pareto解后,利用TOPSIS策略得到最优解。