地铁列车在运行过程中产生大量废热释放到隧道空气中。以往学者尝试利用地埋管换热器回收地铁隧道周围土壤中的废热,或者在隧道排风井设置对流型空气换热器回收隧道空气中的废热,但是存在土壤热失衡、回收热量较少或者易受外界环境影响、热回收效率低等问题,难以推广应用。由于地铁列车产生的废热大部分直接释放到了地铁车站段隧道空气中,因此通过分析地铁隧道内空气流动和温度分布特征,提出一种用于回收地铁车站隧道空气废热带有纵向翅片的管排式换热器,该管排式换热器悬挂于地铁隧道侧壁,靠近地铁隧道废热产生源地铁列车,依靠制冷剂和空气的换热提取隧道内空气中的废热。本文调研分析地铁隧道内空气流速变化规律,将复杂的换热器工作条件简化为无车通过时的自然对流换热和有列车通过时活塞风作用下的受迫对流换热两种情形。通过分析纵向翅片管换热器与地铁隧道内空气的自然对流换热过程,建立了纵向翅片管换热器的传热模型,并通过数值计算的方法对模型进行了求解。利用数值模拟方法,分析了自然对流情况下纵向翅片单管的结构参数对其换热性能的影响规律。此外,计算分析多个纵向翅片管组成的换热器管排在隧道中的安装位置和排管间距对其换热性能的影响。利用理论分析方法,研究了强迫对流条件下结构参数对换热器性能的影响。最后,结合地铁列车的实际运行情况,预测了优化后的换热器处于活塞风冲刷和自然对流交替出现的换热效果。通过分析模拟和计算结果得到以下主要结论:1)对于纵向翅片管单管,在自然对流情况下发现其对流换热系数随翅片数目的增加而减小,随着翅片高度的增加而减小,随着翅片厚度的增加而减小,随着翅片夹角的增大先增大再减小,在翅片数量n=3、翅片厚度δ=1.0mm及翅片夹角θ=55~o时达到了最优的换热性能;2)对于纵向翅片管管排,发现隧道侧壁对翅片管排自然对流换热产生了引流作用,可以有效减小翅片管周围的滞止区,同时减小上方管排的尾流削弱作用对下方管排换热的影响,使得管排换热器与隧道侧壁的距离L等于2倍的基管直径d、相邻管间距S等于5倍的基管直径d时管排的平均对流换热系数到达峰值8.14W/(m~2·K);3)对于纵向翅片管,在强迫对流情况下其对流换热系数随翅片数目的增加而增大,随着翅片高度的增加而减小,随着翅片厚度的增加而增大,发现在翅片数量n=4、翅片厚度δ=1.0mm,时达到了换热与经济性最优;4)计算了一个行车间隔内不同运行状态下,不同翅片数目的管排式换热器的换热总量,发现翅片数目n=4时换热量最高,在高峰期六根纵行翅片管组成的换热器最多可以回收314.26W/m。本文根据地铁隧道特殊内环境,优化换热器的结构特征,以期为优化地铁隧道专用换热器结构提供理论支撑,为废热回收系统的推广应用奠定基础。