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以海水为热源的超级开架式汽化器是液化天然气接收终端在汽化过程中普遍采用的一种换热蒸发设备,其作用是将管外海水的热量传递给管内液化天然气,使其汽化。汽化器的核心结构是换热管,目前常采用固定外壁温度模拟方法来计算换热管的传热,该方法计算简单,但因忽略了管外海水传热及外壁结冰的情况,导致计算结果不准确。因此本文将用整体传热模拟的方法对换热管传热进行计算,并与固定外壁温度模拟方法的计算结果进行对比分析,最后得出两种模拟方法的适用条件。本研究可为超级开架式汽化器的设计提供参考,具有现实意义。论文首先基于换热管的传热特点,建立固定外壁温度传热模拟方法和整体传热模拟方法的换热管传热模型。然后采用这两种模拟方法计算实例条件下换热管的传热特性,并与文献实验数据进行对比。最后分析换热管管外海水温度、管内流量和管内压力对模拟结果的影响,得出不同模拟方法的适用条件。具体研究内容和主要成果如下:(1)基于换热管的结构及传热方式,从传热传质机理上分析了换热管的整个传热过程,主要包括管内预热段和加热段的单向流传热、管内汽化段的液体沸腾相变传热、管外的海水相变传热以及管壁的热传导。根据上述传热特点,建立了换热管的固定外壁温度传热模拟方法和整体传热模拟方法的换热管传热模型;(2)根据Morimoto.N和N.Hisada的实验条件,采用上述两种数值模拟方法对复合结构管和普通管的传热进行计算,并将模拟结果与文献实验数据相对比,发现整体传热模型对管内流体温度计算的误差在3K以内,而固定外壁温度传热模型的误差最高达到了 17K,由此表明整体传热模型对换热管模拟计算更精确。另外发现换热管外壁面沟槽内结冰,且复合结构管结冰率为17.5%,普通管结冰率为9.6%,结合模拟结果差异可知管外结冰是影响两种传热模拟方法计算准确性的主要因素;(3)通过分析管外海水温度、管内流量和管内压力对模拟结果的影响,发现不同模拟方法的计算结果差值和结冰率成正相关,且传热特性主要受到管外温度和管内入口流量的影响,管内压力影响很小。进一步分析了不同管内入口流量(0.02kg/s～0.13kg/s)和管外海水温度(274K～285K)下的模拟计算结果,确定了两种模拟方法的适用条件:对于复合结构管,当管内入口流量为0.02kg/s～0.05kg/s且管外海水温度为274K～275K时,或管内入口流量为0.06kg/s～0.07kg/s且管外海水温度为274K～279K时,或管内入口流量为0.08kg/s～0.13kg/s且管外海水温度为274K～281K时,建议选用整体传热模拟方法计算,其余条件可选用固定外壁温度传热模拟方法计算;对于普通管,当管内入口流量为0.02kg/s～0.06kg/s且管外海水温度为274K时,或管内入口流量为0.07kg/s～0.1 0kg/s且管外海水温度为274K～277K时,或管内入口流量为0.11 kg/s～0.13kg/s且管外海水温度为274K～278K时,建议选用整体传热模拟方法计算,其余条件可选用固定外壁温度传热模拟方法计算。