随着国际能源结构的逐步调整,以及各个国家对环境保护的更加重视,分布式供能系统作为一种新型的能源系统受到人们越来越多的关注。其中微型燃气轮机是分布式供能系统中的重要动力设备。回热器是微型燃气轮机中的重要组成部件,对提高微型燃气轮机的热效率具有重要意义。目前,国外已经有成熟的微型燃气轮机发电机组及高效紧凑式回热器的制造技术和实际使用经验,但由于技术保密等方面的原因,关于这方面文献的公开报道较少。国内对高温回热器性能研究还处于比较薄弱的环节,有关方面的研究数据还比较少,也没有成熟可用的回热器,因此加快微型燃气轮机高效紧凑式回热器的开发具有重要意义。基于以上存在的问题,本文设计了适用于300kW级微型燃气轮机的板式回热器,并针对环形原表面式回热器开展了结构参数对其流动换热特性和熵产特性的研究。设计制造了板式回热器试验样机,并在回热器性能测试平台上进行了流阻和换热性能测试。根据获得的试验测试数据,验证了数值方法的正确性,并在此基础上开展了详细的数值模拟研究,分析了设计工况及变工况条件下板式回热器的流动阻力性能。同时在满足设计工况阻力损失条件下,针对低温侧单个子区域逆流换热区各内部通道中流量分配不均匀的问题提出了结构改进方案。建立了微型燃气轮机的热力循环模型,研究了回热器性能对微型燃气轮机热力循环性能的影响,并建立了回热器整机模型进行静态和动态性能分析。研究了CW型通道单元结构参数与通道内流动换热性能及熵产性能之间的关系。本文根据给定的300kW级微型燃气轮机回热器设计参数,以及矩形通道中空气流动换热关联式,设计出了符合微型燃气轮机系统性能要求的板式回热器高温侧和低温侧换热单元,并加工出部分板片组装焊接成试验样机。通过试验研究了板式回热器在部分工况下流动与换热性能,以试验结果为依据,采用数值模拟的方法研究了回热器在设计工况和变工况时高温侧和低温侧的流阻性能以及逆流换热区的换热性能。结果表明,在设计工况下高温侧通道相对压损为1.1%,低温侧通道相对压损为2.87%,回热器有效度大于0.86,满足回热器的设计要求;并且发现回热器有效度与高温侧和低温侧工质的进口温度关系不大,与高温侧和低温侧工质的进口流量变化关系较为密切。此外,通过板式回热器整体结构优化,合理设计了低温侧导流区通道宽度及长度,使得低温侧工质由狭窄的进口导流区转入大宽幅逆流换热区后,流量能够均匀分配到各子区域中,确保了回热器的紧凑度及出口温度的均匀性。进一步的详细数值研究发现,在低温侧单个子区域逆流换热区中的各通道间,工质的流动分布尚存在一定的不均匀现象,使得单个子区域逆流换热区中的各通道出口温度尚存在一定的差异。针对此问题,进一步提出依次增加低温侧子区域进口处每个通道肋长的结构改进方案。改进后单个子区域逆流换热区中各个通道的平均流速变化范围在4-6m/s之间,分布较为均匀。并通过计算发现,改进结构后高温侧通道出口温度间的最大温差缩小了5℃,出口平均温度相对于原结构减小了1.7℃,低温侧通道出口平均温度相对于原结构增加了2.2℃。在阻力损失允许的条件下,该改进方案能够有效提高逆流换热区的换热性能。在Flownex SE仿真平台上建立了板式回热器整机模型,开展了回热器静态和动态性能的研究。结果表明,当高低温两侧进口流量与压力保持不变,随着高温侧进口温度增加,高温侧流阻略有增加,低温侧流阻变化不大,回热器有效度也变化不大。当高低温两侧进口质量流量与温度保持不变,随着低温侧进口压力的增加,高温侧流阻基本不变,低温侧流阻降低,回热器有效度基本保持不变。当高低温两侧进口温度与压力保持不变,随着高低温两侧进口质量流量同时增加相同量,高温侧和低温侧流阻也增加,回热器有效度略有降低。对于高温侧工质进口温度阶跃变化,低温侧工质出口温度的响应时间明显快于高温侧。对于高温侧工质进口温度阶跃上升60℃,低温侧出口温度恢复到稳定状态需要200s,高温侧出口温度恢复到稳定状态需要500s。而对于高低温两侧进口工质进口质量流量阶跃减小相同量,高低温两侧工质出口温度恢复稳定所需要的时间却几乎相同。高低温两侧工质进口质量流量同时阶跃变化量越小,高低温两侧出口温度恢复稳定所需要的时间也越短。此外,在Flownex SE仿真平台上建立了300kW级的微型燃气轮机热力循环模型,并将板式回热器整机模型代入300kW级微型燃气轮机热力循环中进行研究。在微型燃气轮机转速保持不变的情况下,热力循环效率随着输出功率增加而增加,回热器有效度随着输出功率的增加而降低。在微型燃气轮机使用过程中,当高温侧和低温侧压损增大时,微型燃气轮机的输出功率和效率会减小,其中低温侧压损的变化相比于高温侧压损的变化对输出功率和效率的影响更大。这对微型燃气轮机控制系统的设计与优化有重要意义。针对CW型原表面式换热器,基于通道的周期性结构和多周期边界划分方法,建立了三个周期单元的CW单侧通道换热模型,研究了CW型周期性单元通道的高度（H）、节距（P）、波幅（A）、长度（L）、燃气通道的圆角半径（R₁）和空气通道的圆角半径（R₂）对通道内流动与换热特性的影响。结果表明,在相同的H/P值时,随着A/L的增加,通道的传热性能增加。但同时摩擦因子也随着A/L的增加而增加。类似地,在相同的A/L值时,随着H/P值的增加,传热性能也增加。然而,随着H/P值的增加,摩擦因子却几乎没有变化。此外,建立了燃气、空气和固体壁面耦合换热三维模型,研究了CW型通道的结构参数对CW型通道内熵产的影响。结果表明,随着P/R₂值越大,传热熵产率也越高。当燃气通道中的雷诺数为1020的时候,随着P/R₂值从6.0增加到7.2,燃气通道中的无量纲传热熵产率减少了85.2%;随着H/R₂值从8.8增加到12.8,燃气通道中的无量纲传热熵产率减少了62.5%。当空气通道中的雷诺数为1148的时候,随着P/R₂值从6.0增加到7.2,空气通道中的无量纲传热熵产率增加了28.5%;随着H/R₂值从8.8增加到12.8,空气通道中的无量纲传热熵产率减少了68.9%。此结论可为CW型回热器的设计优化提供参考。