空温式星形翅片管气化器是低温工程中常用的换热设备。因其热源是自然对流的空气,所以气化器的工作效率很大程度上受环境的影响,此外气化器表面温度较低,不可避免的出现结霜而降低了换热效率。各种复杂因素的叠加使得很难准确分析和预测气化器传热性能,为气化器的精确设计带来很大困难。为深入了解空温式星形翅片管气化器在结霜工况下换热特性,本文通过理论分析和数值模拟方法重点对翅片管表面结霜、翅片管自然对流换热及翅片管气化器设计计算方法三个方面进行了研究。首先,总结了霜层成核及生长的机理及结霜现象的特点,由基本传热传质学理论建立霜层生长及物性计算模型,并设计了深冷表面霜层生长及物性随环境及时间变化特性实验。其次,采用SST k ? ?湍流模型和SIMPLEC算法,对多组不同结构参数、不同内壁温的翅片管空气侧自然对流换热进行了三维数值模拟。根据数值结果拟合了自然对流换热的Nu数的计算关联式,关联式相关性较好,与数值模拟结果比较均方差小于12%,可以用于气化器设计计算。并由数值模拟结果分析认为:1)翅片管外自然对流换热主要发生在粘性底层及射流层内,该区域内物性的选取对数值计算结果误差有一定影响;2)增加翅片管翅片数量将显著提高换热效果,但应避免因翅片间距过小导致使用过程中翅片间形成霜桥而大幅降低传热效率。最后,综合分析了气化器的传热特点,将翅片管气化器管外换热分为霜工况区、湿工况区及干工况区,将翅片管内换热分为液相区、气液两相区及气相区,对各区域分别建立传热计算模型,并设计了翅片管气化器在结霜工况下动态传热特性的实验。