内燃机余热回收系统可以有效回收内燃机排气中的部分能量,并将这部分低品质的热量转变为高品质的有效功,提高了能量利用效率,对于节能减排具有重要意义。余热回收系统主要由换热器(蒸发器和冷凝器)、泵和膨胀机组成,其中换热器的换热效率会直接影响余热回收系统的效率。本文针对汽油机余热回收系统中的换热器展开研究。相比于传统的管壳式换热器,螺旋管式换热器具有结构紧凑、换热高效、易于适应变工况等特点,所以用于余热回收系统中;目前螺旋管式换热器常采用螺旋圆管,为了进一步提高螺旋管式换热器的效率,结合椭圆扭曲管的强化传热原理,本文提出一种螺旋椭圆管式换热器,研究其管内和壳侧的换热规律和流动规律,并对比当量直径相同的螺旋圆管和螺旋椭圆管的综合换热性能,从而探究这两种换热器对余热回收系统的影响。本文借助ANSYS Fluent软件对螺旋椭圆管换热器建立数值模型,分别研究管内及壳侧的换热特性能和流动性能,探究不同结构参数对换热性能和流动性能的影响,并借用综合换热性能理论和场协同理论评价换热器性能,从而优化结构参数,提高换热器效率。主要结论如下:(1)螺旋椭圆管管内的二次流强度高于螺旋圆管,增加螺旋椭圆管入口角度θ和椭圆截面长短轴之比a/b可以提高管内换热性能;拟合了管内换热关联式和流动关联式;在研究范围内,管内综合换热性能提升了9%~53%。(2)雷诺数Re、螺旋管长短轴之比a/b、螺旋管当量直径与螺旋直径之比d_e/D、螺距与螺旋直径之比P/D是螺旋椭圆管壳侧性能的主要影响因素;通过单因素分析和多因素协同分析,得到了壳侧换热关联式和流动关联式;优化了螺旋椭圆管的结构,在雷诺数Re=10000时,优化后壳侧综合换热性能提升了56.3%。(3)和螺旋圆管换热器相比,相同工况下,螺旋椭圆管换热器的排气余热利用率提高了4%-6%,朗肯循环效率提高了1%-2%,余热回收系统总效率提升了2%-3%。