在汽车发动机中,由于受工作原理所限,燃料燃烧转变为有用功的部分不超过45%,尾气排放散失的能量高达30%以上,若能有效回收利用其热能,将会提高发动机的热效率。利用尾气余热供暖作为汽车“节能降耗”技术的一种,本文提出汽车尾气余热脉动循环热水供暖系统的构想与设计,为实现汽车尾气余热的有效热利用开辟了新途径。基于电热脉动循环供暖系统工作原理,建立汽车尾气余热脉动热水供暖系统工作过程,并完成其系统和各组成部分的基本设计。根据车载和系统换热的特殊要求,依据对流传热理论的分析,对核心部件换热器传热性能参数进行理论计算,最终确定该列管式换热器布置方式和结构参数。根据流体力学基本理论,结合系统实际需要,完成T型排气三通管道系统设计和3D图纸。为了使系统中列管换热器和T型排气三通管道设计优化,利用数值模拟与分析的方法,对以下两个方面深入研究:(1)对于T型排气三通管道,为减小其中的局部压力损失,利用GAMBIT软件建模和FLUENT软件对其分散流和汇合流的流动特性进行数值模拟,分析T型三通管道中支管与总管流通截面积比、夹角、质量流量比以及流体温度对管道总压损失系数的影响规律。数值模拟结果与前人研究及试验结果比对,趋势一致,分析结果可靠,计算精度较高。根据模拟结果,得出最优结构参数:分支管与总管夹角的锐角为45°,分支管与总管流通截面比0.8~1。(2)对于列管式换热器管程,针对气流分布不均匀对阻力损失和换热效果的影响,利用FLUENT软件对其进行了数值模拟与优化。考虑分程通道高度H、两管程间距L、换热管列数r、管内径d和管节距S五个主要特征尺寸对流动均匀性的影响,以不均匀度为指标,采用五因素四水平的正交试验方法进行数值模拟试验。通过极差和方差分析,得出影响流动均匀性的显著因素是d,其次是r和H。兼顾单因素分析计算,得到管程结构的最优组合为H=60mm,r=4,d=7mm。为进一步增加管程中流动均匀性,兼顾能量损耗,分析了具有不同换热管排列数和分程通道纵截面导流角的换热器管程,最优结构为左、右纵截面导流角均为78.7°。通过比较不同结构的分程通道中换热偏移系数,结果表明,对于管-壳程为气-水介质的列管式换热器,各换热管恒壁温、与环境无热交换的条件下,换热偏移基本不受流动均匀性的影响。