采暖烟道作为北方农村地区的主要采暖结构已有超过千年的历史。居民利用生物质燃烧产生的烟气作为载热介质在采暖烟道中流动换热,来改善室内热环境。但是目前对于农村采暖烟道系统的建造和运行,多基于村镇工匠的经验积累,缺乏系统性的设计和运行依据,同时缺少强化农村采暖烟道流动换热的指导策略。本文针对采暖烟道的流动换热特性以及强化换热展开研究,为农村烟道的实际建造设计和高效运行提供依据。通过分析热压和风压对采暖烟道烟气流动的影响,基于烟气顺风正向流、逆风正向流以及逆风反向流三种模式的流动特征,构建了采暖烟道建造依据及约束条件。顺风正向流时,热压和风压都会对烟气的流动产生促进作用,且流量对风压变化的敏感性更高;逆风正向流时,需要考虑风压对流动的抑制作用,满足相应的约束条件;逆风反向流时,烟气会反向流动进入室内,应避免该流动的发生。因此在采暖烟道的实际设计建造过程中,应将采暖烟道出口置于屋顶的背风处,与出口处的周围环境形成负压,以保证烟气流动为顺风正向流;如流动为逆风正向流,则在采暖烟道建造时,根据不同的城市,给出了需满足避免倒流的临界高度,以防止逆风反向流的发生。大连、沈阳、长春以及哈尔滨的采暖烟道避免倒流临界高度分别为2.6m、1.7m、1.7m和2.6m。实验研究了不同结构的垂直采暖烟道烟气的流动换热过程。结果表明:随着采暖烟道挡板数的增加,换热效果会逐渐增强。在保证烟气自然流动的前提下,当挡板数从2增加到8时,换热效果提升了23.48%。烟道厚度的增加会降低烟气与壁面的换热效率,当烟道厚度从0.1m增加到0.3m时,烟气流动换热效果降低了35.64%。针对于家镇五家村一典型农宅火炕水平烟道的流动换热过程进行了实际测试,实测结果表明:采暖烟道烟气的流动过程温度变化较大,进出口处的烟气平均温差为173.5℃。同时烟气出口处温度最高为106.6℃,最低温度为77℃,排烟热损失较大,有很大的节能潜力。根据实验结果,考虑了生物质烟气密度、比热、粘度以及导热系数等物性参数随温度的变化,研究建立了采暖烟道内烟气的对流-辐射耦合换热模型及求解方法。通过模拟与实验结果对比,垂直采暖烟道与水平采暖烟道的壁面热流平均误差小于6%,壁面温度平均误差小于9%,证明了模型的正确性。进一步模拟分析采暖烟道中烟气流动的对流与辐射换热特性。对于垂直采暖烟道,壁面热流会随着室内侧壁面厚度的增加而显著降低。因此在保证墙体强度的前提下,应减少室内侧的墙体厚度;增加20mm保温层厚度会带来8.5%的壁面热流提升,此后继续增加保温层厚度,壁面热流基本不变,实际应用中结合经济性考虑可以认为20mm为最佳的保温层厚度。当烟道的高度宽度比在10-20之间时,换热效果最佳。对于水平采暖烟道,增加壁面厚度会使壁面热流下降,当壁面厚度为0.1m时的换热效果较好。对于长度为3m的水平采暖烟道,当烟道的长度高度比在25-50之间时,换热效果较好。所得结果为农宅采暖烟道设计及规范的提出,给出了理论依据。进一步对采暖烟道内部结构进行了研究。通过确定采暖烟道内强化传热的结构指标,基于场协同理论,分析了不同烟道结构内挡板的传热特性及阻力特性,提出了不同结构采暖烟道内最佳的挡板几何结构参数。结果表明,对于点式结构、顺排式结构、插排式结构以及折返式结构分别在挡板个数分别为9、6、5、4时以及挡板宽度与烟道宽度的比值为0.075、0.075、0.15、0.075时的综合性能表现最好,所得结果为采暖烟道内部结构强化传热的设计,给出了技术支撑条件。基于本文的实验结果与模拟计算结果,提出了一种新型火炕-烟道墙联合系统,拓展了采暖烟道在农宅中的应用。对农宅建筑的换热过程进行了建模计算,研究了不同烟道供暖系统、不同墙体以及不同城市条件下的联合系统对室内热环境的作用。研究结果表明,与仅采用火炕供暖相比,使用火炕-烟道墙联合系统后,农宅室内平均温度从12.54℃提升到了19.91℃,证明联合系统可以改善室内热环境,节省生物质燃料的消耗。本文的研究工作,不仅为采暖烟道在农宅中的设计应用提供了理论指导和技术支持,同时为强化烟气流动换热提供了设计依据。此外,提出的火炕-烟道墙联合系统拓展了农宅采暖烟道的应用方式,为农宅采暖烟道节能设计提供了新的思路与方法。