随着世界经济发展,环境与能源问题成为关注重点,液化天然气作为清洁能源被广泛应用。大型绕管式换热器是天然气混合冷剂液化的重要装置,并且螺旋管是绕管式换热器内的核心部件。大型绕管式换热器内的天然气一般处于超临界状态,而设计换热器的前提是需要掌握换热器内流动与换热规律。因此,本文对超临界甲烷在螺旋管内流动换热特性展开研究。首先,对超临界甲烷在不同压力下的物性进行查阅分析,重点分析了密度、定压比热、粘度以及导热系数的变化规律。同时,对物性参数进行多项式拟合,以用于模拟中的物性参数设置。此外,建立了半圈螺旋管的物理模型并选取了合适的数值模型。基于实验数据,对所建立的计算模型进行验证,表面传热系数的偏差均在±5%以内。其次,基于所建立的计算模型,探究了运行参数对螺旋管内的超临界甲烷的表面传热系数及摩擦压降的影响规律。其中,重点分析了入口温度、运行压力及质量流率对流动换热性能的影响。结果表明:由于超临界甲烷物性的变化,导致表面传热系数随着入口温度的升高呈现先增大后降低的变化规律,同时也导致摩擦压降随着入口温度的升高而逐渐升高;表面传热系数的峰值大小与运行压力呈负相关关系,但表面传热系数随着质量流率的增大而增加,且随着质量流率的增大,变化趋势越为明显。此外,为了更全面了解在螺旋管内的超临界甲烷流动换热特性的影响因素,还探究了结构参数对螺旋管内的超临界甲烷的表面传热系数及摩擦压降的影响规律。其中,重点分析了螺旋管内径、螺旋直径及螺旋升角对流动换热性能的影响。结果表明:超临界甲烷在螺旋管内流动换热性能会随着螺旋管内径的减小而增强,但螺旋直径与螺旋升角对流动换热性能影响不大。最后,基于模拟数据,对超临界流体在螺旋管内的Nu准则关联式进行评价与优选。同时结合现有关联式与本文研究的差别,本文分别对未考虑工质物性、考虑工质物性、考虑工质修正物性及考虑工质物性和曲率四种情况开发出新的Nu准则关联式。结果表明:现有Nu准则关联式中,未考虑工质物性的预测水平优于考虑工质物性;在新的Nu准则关联式中,考虑工质物性和曲率的关联式的预测效果最好。对于拟合数据而言,有94.67%的工况点的偏差在±15%以内,有75.56%的工况点偏差在±5%以内。