板翅式换热器(PFHE)具有紧凑、导热性能强、适应度高等优点,广泛应用于航空、汽车、空分、空调制冷等领域。板翅式换热器是空分设备里的关键部件,其中主换热器、过冷器以及冷凝器等设备都配备有板翅式换热器,而且大型空分设备能耗特别大,需要将LNG冷能利用到空分设备中来减少能耗。因此本文对超临界LNG在空分设备板翅式换热器内的流动与换热特性的研究是非常有必要的。本课题主要是对超临界LNG在空分设备板翅式换热器内的流动与换热特性进行研究。首先对操作压力在7.1MPa到9.8MPa时超临界LNG的热物性进行分析,通过Origin软件将超临界LNG的热物性拟合成温度的多项式函数,以平直翅片单通道为研究对象,对不同超临界LNG的进口速度、操作压力以及壁面温度对流动与换热特性的影响进行了分析。结果表明:在随着温度逐渐变大,换热系数先增大后减小,在LNG的临界温度处达到最大;增加LNG进口速度或者减少壁面温度可以提高换热性能,但同时使压降降低很快;增加操作压力虽然可以减少压降,但对换热的影响增加幅度并不大。其次,为了提高空分设备板翅式换热器的流动与换热特性,根据波纹翅片提出一种新型梯形翅片,以梯形翅片多通道为研究对象,利用液-固-液耦合传热的数值模拟方法研究超临界LNG在梯形翅片通道内的流动与换热特性,重点研究了不同流道形状、入口速度、操作压力以及梯形弯曲角度对流动与换热特性的影响。结果表明:随着LNG进口速度的增加,梯形波纹翅片和三角波纹翅片的换热性能都越来越好,但带来的压降也越来越大,而且梯形波纹翅片相对于三角波纹翅片具有更好的换热特性,梯形波纹翅片换热性能是三角波纹翅片的1.8倍。随着梯形弯曲角度的增加,换热器具有更加优越的换热性能,弯曲角度为30°的翅片的换热性能大约是15°的1.6倍,但其压降约为弯曲角度15°时压降的1.7倍。最后本课题通过软件Design Expert,基于多级响应面法,采用Box-Behnken试验,分析弯曲角度、超临界LNG进口速度和操作压力对换热系数以及压降的影响,结果表明:对换热系数影响的顺序是:超临界LNG进口速度>弯曲角度>操作压力;对压降影响的顺序是:超临界LNG进口速度>操作压力>弯曲角度。换热系数和压降的最优值为:当弯曲角度为30°,操作压力为9.8MPa,超临界LNG进口速度为1.89m/s时,换热系数为6350W/m~2·K,压降为293.319Pa。