超临界甲烷/氢混合工质的冷却换热是煤制天然气液化的关键换热过程。通过研究其冷却换热特性，可以为煤制天然气液化流程和低温换热器的设计提供理论基础。本文首先运用FLUENT数值模拟了超临界甲烷和甲烷/氢混合工质在水平圆管内的冷却换热，采用标准k-ε湍流模型，分析工质的质量流量、施加的热流密度、工质的入口压力以及工质中氢气的含量对流动换热的影响。结果表明，局部对流换热系数随工质质量流量的增大而增大，随施加热流密度变化不明显，随工质入口压力的增大而减小；氢气含量增大，换热系数峰值所对应的温度下降。本文设计并搭建了超临界甲烷/氢混合工质冷却换热实验系统。说明了实验系统的设计原则，介绍了实验系统的基本情况，包括系统中工质的流动、管件与设备、预冷段与换热测试段，描述了数据测量与采集系统，阐述了实验内容、实验步骤，并给出了具体的实验数据处理方法以及实验结果分析方法。根据实验获得的数据，研究超临界甲烷/氢混合工质在不同的入口压力、质量流量以及氢气含量的流动换热特性。对比分析可以发现，实验研究得到的结果与数值模拟得到的结果趋势一致。在准临界区附近，对流换热系数均增大至某个峰值后减小，说明准临界点物性的变化是影响流动换热的主要因素。结合实验数据，采用量纲分析法，得到甲烷/氢混合工质的冷却换热关联式。