在我国提出“碳达峰”、“碳中和”的战略目标后,减少煤炭消耗,大力发展氢能、天然气等新型清洁能源已成为必然趋势。天然气具有热值高、清洁的优点。因此我国《“十四五”现代能源体系规划》提出,增强油气供应能力,加大国内油气勘探开发,是我国未来能源产业发展的主要方向。通过海上天然气浮式生产储卸装置开采天然气要求换热器体积小、安全性高,印刷电路板式换热器（PCHE）成为了远海天然气开采船只中的理想换热器。本文基于数值模拟方法,在完全超临界区和临界区附近,对超临界甲烷和超临界甲烷-乙烷混合物在Z形和波浪形PCHE内的流动与换热特性进行了探究。同时,对Z形PCHE进行了结构优化,并开发了超临界甲烷和超临界甲烷-乙烷混合物的流动与换热关联式。首先,通过多目标优化方法,对双通道Z形PCHE进行了结构优化。再根据最优结构,以冷热双通道单元为模型,探究了Z形PCHE内的流动换热情况。从二次流强度、正则化螺旋度、涡核分布和不可逆损失等角度,探究了进口质量流率、进口温度和出口压力对超临界甲烷-乙烷混合物流动与换热的影响。结果表明,质量流率和进口温度增大,以及出口压力减小,都将增大摩擦压降,此时,通道内的二次流强度变大,涡核强度和影响面积变大;质量流率、进口温度和出口压力增大都将使换热系数变大,但进口质量流率和进口温度升高也会导致传热熵产变大,增加出口压力则能够减小传热熵产。最后根据模拟结果,拟合了针对Z形通道内甲烷-乙烷混合物的流动与传热关联式。其次,本文对波浪形PCHE微通道内超临界甲烷的流动换热进行了研究。并采用等压降下的换热系数对比分析了Z形和波浪形通道的流动换热效果,波浪形通道内的等压降换热系数将提高约20%。进而在波浪形通道内,对不同操作参数下的流动与换热特性进行了探究。结果表明,波浪形通道内质量流率、进口温度和出口压力对压降和换热系数的影响规律与Z形通道一致。通过对比发现,即使通道结构一致,基于S-CO2提出的关联式预测超临界甲烷流动与传热性能的准确度不高。为此,拟合了波浪形通道内超临界甲烷的流动与换热关联式。最后,基于单通道模型,探究了拟临界点附近超临界甲烷的流动与换热特性。通过对比单相流模型和多相流模型的模拟结果发现,由于考虑了相间相互作用,多相流模型能够更好地预测超临界甲烷拟临界流动与换热现象。并在两相流条件下,探究了质量流率对流动与换热的影响。通过局部传热情况分析发现,当壁面温度接近临界温度时,换热效果会被削弱。