三维肋管是一种新型高效的强化换热元件,在烟气余热回收领域具有显著的应用潜力。然而,目前三维肋管换热器空气侧的流动与换热规律不完善、管束表面积灰分布特性和影响规律不明晰、积灰对三维肋管换热器烟气侧流动换热性能的影响尚未得到研究,这些问题阻碍了三维肋管换热器在烟气余热回收领域的应用和推广。因此,本文针对现有研究不足开展了三维肋管换热器气侧流动换热及积灰特性实验研究,并基于实验结果设计了抗积灰、高热效的准工业级三维肋管换热器,通过试验获得了该换热器的余热回收效率,评估了该换热器的余热回收性能,为三维肋管换热器的工业应用提供了理论指导。本文的主要研究内容和结论如下:（1）针对三维肋管换热器空气侧的流动换热性能,实验研究了换热器结构参数对其的影响规律,并提出了相应的流动换热经验关联式。研究结果表明叉排三维肋管换热器具有显著的换热性能;在相同管束间距下,随着肋高增加,叉排三维肋管换热器换热性能增强,流动阻力逐渐增大;在相同肋高条件下,增加管束横向间距,三维肋管换热器的换热性能降低,但流动性能得到改善;增加管束纵向间距,三维肋管换热器的换热性能降低,同时流动性能逐渐恶化。然而,增加横向间距或降低纵向间距和肋高可以提高三维肋管换热器的综合换热性能。将三维肋管换热器与其它换热器的性能进行对比,其流动换热性能更加优异,这表明三维肋管换热器具有良好的综合换热性能。（2）针对三维肋管换热器的积灰分布特性和换热器结构参数对积灰的影响规律,开展了三维肋管换热器的冷态积灰实验。实验结果表明叉排管束迎风侧积灰形貌呈现单峰状,积灰主要集中在背风侧,而顺排管束迎风侧积灰形貌呈现双峰状,积灰主要集中在迎风侧,并且叉排管束具有显著的抗积灰性能。在积灰演化过程中,管束背风侧首先出现积灰层,背风侧基管上的积灰层沿肋高方向逐渐增长,而背风侧三维肋表面的积灰层则沿三维肋轮廓逐渐长大,最终完全包覆三维肋表面;迎风侧基管和三维肋表面的积灰层变化不明显,积灰相对较少。当三维肋表面的积灰层长大到一定程度后,积灰层会在重力和气体轴向分速度的共同作用下发生脱落和破碎。对于积灰层的粒径分布来说,大飞灰颗粒主要分布在三维肋管管束上顶面和背风面的基管上,而小飞灰颗粒主要分布在迎风侧和背风侧的三维肋表面。增加横向间距或降低纵向间距明显抑制飞灰颗粒沉积;增加肋高首先会抑制飞灰沉积,然后会促进飞灰沉积,当肋高为3 mm时,三维肋管换热器具有最佳的抗积灰特性。（3）针对三维肋管换热器在积灰条件下的流动换热特性,综合考虑飞灰浓度、含尘空气流速和三维肋高的影响,开展了三维肋管换热器的热态积灰正交实验。实验结果表明在所有的正交组合方案中,肋高为5 mm的换热器积灰后压降增大,而肋高为1 mm和3 mm的换热器积灰后压降降低。通过正交分析获得的抗积灰、高热效优化组合方案为:气体流速6 m/s、飞灰浓度4 g/m~3、肋高5 mm。在整个积灰实验过程中,相比于其他三维肋管或光管换热器,该优化组合方案下的三维肋管换热器的换热性能降低幅度较小,并且当积灰趋于稳态时（6h）仍然能够保持较高的换热性能。（4）基于以上结果,设计了抗积灰、高热效的准工业级三维肋管换热器,通过试验获得了该换热器在变工况条件下的余热回收效率,评估了其余热回收性能。在烟气流量和空气流量恒定条件下,随着进口烟气温度升高,三维肋管换热器余热回收率从60.47%提高至79.41%;在烟气流量和烟气温度恒定条件下,随着空气流量增加,三维肋管换热器余热回收率从74.6%进一步提高至91.54%。由此可见,三维肋管换热器回收中低温烟气余热具有良好的潜力。