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气体传热现象十分普遍，在热力电厂、化工工业过程、采暖工程等过程中气体传热对节能降耗起着重要作用。但是气体的导热系数低，使得气侧的传热效率不高，进一步局限了整个热过程的效率提高，气侧热阻总是成为主导热阻。恰当运用强化传热技术，有效地提高气侧传热十分重要。
应用粗糙表面来强化传热是一种常见的强化传热技术，但是当这一技术应用到气体传热的强化时往往会引起过大的阻力。为解决这一问题，首先应明确粗糙表面强化气体传热的机理。本文从流动分区出发，应用热阻分析方法对光滑圆管与缩放管内的热阻分布情况进行了计算，指出缩放管通过壁面缩放，有效降低了粘性底层与过渡区内的热阻，热阻偏移向流动湍流区，粘性底层与过渡区内的热阻降低，是缩放管较光滑圆管传热增强的主要原因。
针对空气流动的情形，采用正交数值模拟计算的方法分别对内径为34mm的横纹槽管和内径为44mm的缩放管进行了综合结构优化，得到了实验范围内的最佳结构参数，并分析了各因素对传热及阻力性能的影响情况。对缩放管的结构优化的计算表明，在结构参数的诸因素中，肋高起着最重要的作用。
结合缩放管热阻分析的结论及其正交数值模拟研究的结果，提出了粗糙高度的确定方法：适宜的粗糙肋高可根据相同条件下的光滑圆管进行估算，肋高以位于传热滞流底层以外的流动过渡区内为宜；运用数值模拟的方法可进一步确定最佳肋高。决定粗糙肋高的主要因素为：流动Re数，管道内径，适宜粗糙肋高随Re数增大而减小。
根据粗糙高度确定的理论分析及数值研究结论组织进行了实验研究，实验以三条除肋高不同，其他结构尺寸均为一致的缩放管来进行，肋高分别为1.1mm，1.25mm，1.6mm。三条实验缩放管的实验结果表明，肋高为1.25mm的缩放管具有最佳的综合传热性能，该肋高恰好对应于流动过渡区，与热阻分析提出的适宜粗糙肋高位于过渡区的结论完全相符。对实验管的内部粗糙形式进行了数值模拟计算，取得了与实验结果相符的结果，说明研究中选取的模型和采用的方法正确，计算结果可靠。
运用数值模拟计算的方法对三角波纹板通道与正弦波纹板通道的结构参数进行了优化，得到了优化的板型，数值计算方法经过与前人实验数据的验证。当板间距为30mm时，三角波纹板的最优板型为：倾角α为15°，节距为20mm；正弦波纹板的较优板型为：振幅为10mm，波长为70mm。并阐明了正弦波纹板传热强化与速度矢量、温度梯度的协同增强的一致关系。对具有相似结构参数的三角波纹板与正弦波纹板的传热及阻力性能进行了对比，当波高低于20mm，三角板的综合传热性能优于正弦板；波高高于20mm时，则正弦板的综合性能优于三角板；波高为20mm，两者的性能相近。
在粗糙管型、波纹通道结构优化数值研究的基础上，进一步提出了气体余热回收的新型错流型板式换热器，并对该气体板式换热器模型进行了阻力实验研究，给出了正弦型波纹通道与正弦板管的阻力系数关联式，其值与数值模拟计算结果相符合，说明数值模拟计算可靠，对正弦波纹板结构参数的优化结论有效。