热管是一种新型的传热元件，由于是以内部工质相变和连续工质循环实现热量传递的，因此具有较高的传热效率。目前对热管的应用已有很大的进展，如在空间技术发展中以成功的实现传热和监控问题；在地面各方面应用中则更多。以热管为传热元件的热管换热器具有下列特点：传热效率高，压力损失小，工作可靠，结构紧凑，有利于控制露点腐蚀等，这些独特的优点是它在解决能源问题，如：利用热能、节约原料、降低成本等方面，特别是在工业余热利用中发挥了越来越多重要的作用。 由于热管换热器形式多样，结构复杂，因而如何选择其形式是工程应用中的一个重要环节。本课题就是要针对这一问题，对热管元件及热管换热器整体优化设计进行研究，以气---气热管换热器中典型代表---热管空气预热器为例，利用最优化理论，提出了对其进行整体优化设计的方法。文中详细阐述了如何分析实际的物理过程，如何确定优化对象的设计变量，建立了年净收益最大为目标的目标函数，确定了由实际过程及技术参数所构成的约束条件，从而建立了优化设计的最优化数学模型，并采用穷举法和复形调优法对热管换热器的热管直径d₀、热冷流体侧翅片间距S_fh、S_fc、翅片厚度δ_fh、δ_fc、管束横向管间距S_τ及冷热流体的迎风流速u₀₁、u₀₂（其中，热管基管直径、冷热侧翅片间距、翅片厚度、管束横向管间距这六个变量为离散型变量；冷热流体迎风流速为连续型变量）进行优化，就是通过对优化变量d₀、S_τ、S_fh、S_fc、δ_fh、δ_fc、u₀₁、u₀₂的调整，在满足给定的设计依据与条件下，使年净收益最大，即使目标函数值最大。 通过理论研究和相关问题研制，以及对具体事例进行计算和分析，并与常规设计计算结果进行比较，最后得出结论：本文所编制的计算程序可进行热管预热器的优化设计，能确定热管预热器的最优化结构参数及运行参数。在考虑热管预热器技术经济指标基础上，导出的年净收益方程，对于预热器优化选型有很好的指导作用。热管元件、预热器整体结构参数的优化组合既节省了初始化投资，又可降低运行成本，保证了设计质量，从而获得可靠的经济效益，为工程设计提供了设计思路。