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为实现可持续发展战略和天然气长久稳定供给,近年来,我国逐渐从传统的近海天然气开采向深海浮式LNG开采过渡。印刷电路板式换热器(Printed circuit heat exchanger,PCHE)具有结构紧凑、耐低温和高压、传热效率高等优点,是浮式LNG液化船中液化设备的首选主换热器。为了获得超临界天然气在PCHE内流动与换热特性,本文采用超临界甲烷和超临界混合物作为流动介质,研究半圆形直通道的几何尺寸和操作参数等因素对其流动与换热特性的影响规律。为天然气在PCHE内的实际流动工况分析提供借鉴意义。利用Fluent软件模拟分析半圆形直通道的几何尺寸对PCHE流动与换热特性影响规律时,共选择直径为1.4mm、1.5mm、1.6mm、1.8mm和2.0mm五种不同的通道直径,当增加超临界甲烷的入口质量流率时,不同直径半圆形通道的对流换热系数和压降均随之增加;与直径为1.4mm的通道相比,其他四种直径的对流换热系数分别减少9.89%、20.47%、31.8%、42.06%,压力损失分别降低26.29%、40.08%、67.94%、81.25%,尽管较小的通道直径具有更强的传热性能,但是其流动损失也相应增加。进行操作参数对PCHE流动与换热特性影响分析时,影响因素分别为入口温度、操作压力和入口质量流率,分别将超临界甲烷和超临界混合物作为工作流体。入口温度改变时,对流换热系数和压降均随入口温度的升高而增加;操作压力改变时,随着压力的升高,换热性能逐渐增强,而流动损失逐渐减小;入口质量流率改变时,对流换热系数和压降均随质量流率的增加而增加。尽管两种流体的变化规律基本相同,但是由于物性存在差异,超临界甲烷的对流换热系数比超临界混合物高2.41%,但其压力损失也增加9.37%。根据模拟结果,本文对超临界甲烷和超临界混合物在直通道PCHE内流动与换热特性进行总结分析,并拟合了努赛尔数和范宁摩擦因子的准则关联式。在拟合超临界甲烷和超临界混合物流动与换热特性准则关联式时,努赛尔数模拟结果与准则关联式的相对误差均在±3%以内;范宁摩擦因子模拟结果与准则关联式的相对误差均在±2%以内。此外,将本文的模拟数据和现有的准则关联式比较时,由于流体介质的物性差异以及数值模拟时边界条件设定不同,最终导致相对误差均在±15%之外。因此,可以说明本文拟合的准则关联式对超临界甲烷和超临界混合物具有适用性。