在航空发动机先进技术的发展过程中,已经将紧凑换热器作为可以改善或提升发动机热管理水平的关键因素。随着航空发动的性能及要求不断提升,涡轮前燃气温度越来越高,涡轮叶片所需要的冷却空气量也越来越大。目前,一种先进的航空发动机设计理念是将换热器置于发动机外涵流道中,通过换热器冷却高压压气机引气并用于涡轮叶片的冷却,从而减少冷却空气用量并提高发动机效率。研究表明,换热器性能的优劣会影响航空发动机的性能和效率。此外,由于航空发动机对机内空间及重量有严格的限制,因此必须采用高效紧凑式换热器。一次表面换热器(Primary Surface Heat Exchanger,PSHE)是当今世界一种小尺寸、轻质量、高集成的先进热交换设备,一次表面换热器结构紧凑且换热效率高,其设计理念及工艺水平堪称一流。一次表面式换热器是一种板式结构并采用一次成型技术,避免了板翅式换热器中的二次表面,既能节省材料、减轻质量并降低成本,又能达到较高的换热效率。一次表面换热器已经广泛地应用到船舰、汽车以及军事装备上,并大幅地提高了这些设备的热效率,降低了能量损失。一次表面换热器由于这些优势,非常适合应用于航空发动机的热管理系统。论文主要围绕航空发动机机载一次表面换热器的设计优化进行展开,对一次表面换热器的流动特性及换热特性进行研究。主要研究内容如下:首先,论文对国内外一次表面换热器的流阻及换热研究进展进行了介绍,回顾了一次表面换热器研究中涉及的相关基本概念和研究方法及手段。以传热单元数η-NTU方法为基础,结合一次表面换热器的结构特点及工质特性,建立了一次表面空空换热器的热力学计算分析方法,并借以Visual Basic 6.0软件作为平台,实现一次表面空空换热器的校核以及设计软件的开发,为深入开展一次表面空空换热器的流阻及换热研究奠定了的基础。其次,论文以航空发动真实工作状态为基础,开展了0°直通道逆流一次表面换热器在大雷诺数真实工况下的数值模拟研究。将数值模拟结果与热力学校核计算进行了对比,对所采用的数值模拟方法的准确性进行了验证。开展了不同叉流角度(15°、30°和45°)一次表面换热器的数值模拟工作,并对比了不同叉流角度对换热器流阻和换热特性的影响,同时分析了换热器在不同工况(高空状态及低空状态)条件下的流阻换热特点。提出了换热器在不同工况下所适用的连接方式(并联或串联),为进一步开展换热器的优化设计及应用方式提供了一定的基础。最后,论文以闭式风洞及相应测试设备为基础,开展了四种不同结构的3D打印换热器的实验研究(0°小通道、15°大通道、30°大通道及45°大通道),并将实验数据与热力学校核计算进行了对比分析。同时建立了整体换热器数值模拟计算模型,分别开展换热器入口封头,芯体,出口封头的数值模拟工作,并将结果与实验数据进行了对比分析。结果表明,数值模拟方法是换热器流阻换热特性研究中一种高效可靠的手段。论文所提出热力学计算方法和全通道及整体换热器的数值模拟的方法及所得到的结果在一定程度上可以为一次表面换热器的设计及优化提供一定的借鉴和参考。但由于一次表面换热器结构和内部流动换热非常复杂,3D打印技术的诸多不确定性等问题,论文对一次表面换热器的研究还有需要完善及扩展之处。