燃气轮机是一种定容式动力机械,其输出功率与进气的质量流量密切相关。进气温度升高,空气密度下降,质量流量减小,燃气轮机输出功率降低,燃气轮机的相对效率也下降。因此,燃气轮机进气冷却技术应运而生。本文所研究的换热器即是翅片管式换热器,源于重庆某公司的M251S型燃气轮机进气冷却系统。翅片管式换热器具有换热效率高、结构紧凑、性能稳定等备受青睐。将水-空气翅片管式换热器合理地应用到燃气轮机进气冷却系统中,可有效解决该行业能量结构不平衡、经济效益差等问题。通常情况下,燃气轮机机组是在标准工况下设计的（环境温度15℃、大气压力0.10135 MPa、大气相对湿度60%）。因此,本文首先在空气进口温度为43℃（重庆夏季最高温度）,冷冻水进出口温度为7℃/12℃的条件下,使得空气出口温度为15℃,根据理论计算设计了满足此要求的翅片管式换热器。其次采用Gambit软件建立换热器模型。由于该模型整体尺寸偏大（6006 mm×4680 mm×1600 mm）,论文采用多次局部三维建模实现对换热器冷却过程的数值仿真计算。研究了翅片管换热器翅片间空气的流动与换热,得到其速度、温度、压力场分布,为实际应用提供理论指导。对于换热器整体模型出口温度的计算,将采用四个位置出口温度进行加权平均得到。相应的权重系数为四个位置所代表的具有类似壁面边界条件的局部区域的出口面积占整体模型出口面积的比例。最后,通过正交试验的方法对翅片管式换热器的翅片结构进行优化,采用性能因子作为评价换热器性能的指标,并对比分析优化前后的结果。主要研究结果如下:（1）在四个不同位置的局部模型中,位置一（换热器中部对称区域）面积占比最大,达0.842;在四个位置的截面空气出口温度而言,位置二（换热器底部中间区域）的最高（17.10℃）。因此,只要位置二空气的出口温度能达到要求,整体模型即能符合燃气轮机进气冷却的要求。（2）43℃的热空气经冷却后,其截面出口温度为16.75℃,相较于15℃的理想温度大1.75℃。为满足冷却要求,将冷冻水的流速由原来的0.19 m/s调整为0.21m/s。调整后模型出口温度14.38℃,证明调整冷冻水的水流量以满足空气出口温度的方法有效。（3）沿着冷却长度方向上空气温度逐渐下降而且下降幅度逐渐降低,从第一段模型空气冷却速度由12.27℃/320 mm开始到第五段冷却速度下降到了1.86℃/320mm。（4）43℃热空气经1600 mm的冷程冷却后总压降为210.38 Pa,速度由3.46 m/s增至5.76m/s。（5）计算分析了不同进气温度下的换热效率。结果表明,空气的进气温度对换热效率影响很大。进气温度越高,换热效率则越高。（6）由正交试验结果的直观分析可得对性能因子影响最大的因素是翅片间距,其次是翅片高度,翅片厚度的影响最小。并得到优化的翅片结构为CP/0.6/22/8（CP/翅片厚度/翅片高度/翅片间距）。并与优化前的翅片结构CP/0.8/16/8进行比较,换热系数提高7.79%,性能因子提高15.7%。（7）优化后的结果展示以占比最大的位置一为例,其出口截面空气温度由优化前的16.68℃降至优化后的13.13℃,总压降由优化前的214.25 Pa降至优化后的202.22 Pa。