间冷回热循环发动机以其在降低燃油消耗率、污染物排放和噪音方面等优势而备受关注,间冷器位于中压压气机和高压压气机之间的风扇通道中,间冷器的应用降低了高压压气机进口温度,减小了高压压气机耗功;回热器位于高压涡轮出口的喷管内,回热器的应用有效利用了涡轮出口燃气余热,增加了进入燃烧室的空气温度,在涡轮前温度不变的前提下可以减少燃烧室供油量,并提高了发动机的热效率。但间冷器和回热器及其相应管路系统的引入势必会造成内外涵压力损失的提升以及重量的增加,这些方面的缺陷甚至会抵消间冷回热循环发动机的诸多优势,因此,必须要设计出换热效果好、结构紧凑、质量轻、压力损失小的换热器才能满足间冷回热循环发动机的实际应用。本文重点围绕压力损失和换热效率两个重要技术指标,开展间冷器和回热器的模型实验和相应的数值计算,研究其管内外流动与传热特性。本文的主要研究内容以及研究结论如下:针对回热器用的典型双U型管束换热器开展了模型实验和数值模拟。首先,针对置于矩形通道内的单个双U型管束换热器进行模型实验,对比分析U型管束换热器的管型、安装角度、进气方式以及进气温度对管内外压降以及换热效率的影响;其次,针对置于喷管通道内的串列双U型管束换热器进行模型实验,对比分析几种典型布置方式对管外压降与换热效率的影响规律。根据模型实验,建立相应的数值计算模型,对双U型管束换热器管内外流场与温度场进行了分析,以揭示更多的流动与换热细节。鉴于管束数量多且排布紧密,将U型管束换热器的管束处理成各向同性的多孔介质模型进行数值计算,同时也采用三维CFD方法对流动和换热特性进行数值计算。研究结果表明,换热器安装角度相比管型对压降的影响更为显著,换热器安装角度和进气方式相比管型对回热效率的影响更为显著;沿喷管内部气流的流动方向,回热器的安装角应逐渐减小,以保证各个回热器换热效率的相对均匀性;给定合理的压力-速度关系式,基于各向同性假设的多孔介质模型计算能够准确地预测通道内的压降,但难以揭示出双U型管束换热器通道内的流动特征。针对间冷器用的V型布置直列管束换热器进行了模型实验,对比分析管束偏角对管内外压降和换热效率的影响规律。同时,对间冷器模型实验建立相应的数值计算模型,重点分析管束位置与气流沿程对管内流量分配的影响、偏角对管外流场的影响、以及流量分配方式和管径对耦合换热的影响。研究结果表明,管束偏角对管外压降影响显著而对管内压降和间冷度的影响有限,但管束偏角越大,综合效果越好。根据实验数据总结得到了管外努塞尔数随管外雷诺数的准则关联式,并与气流横掠管束的经验公式进行了对比,为间冷器的V型布局提供了理论依据。减小管径和增加管排数量可以使传热系数和换热面积提高,进而提高间冷度。根据间冷器与回热器开展的模型实验和某间冷回热发动机总体所确定的结构参数和气动参数,利用Matlab分别编写间冷器和回热器的设计计算程序和校核计算程序,得到满足间冷回热循环发动机对间冷器和回热器性能要求的结构和所需的换热面积,并对此开展真实状态下的数值研究。针对间冷器,分别对比研究板式和管式间冷器不同结构对压降和间冷度的影响规律;针对回热器,研究其布置方式对压降和回热度的影响规律。研究结果表明,管式间冷器较板式间冷器在换热方面更具优势;根据模型实验指导回热器的布置可以得到理想的效果。