液化天然气以热值高、易于储存输送的优势,通常被作为偏远城镇主气源的最佳选择。液化天然气需要在LNG场站中经过气化并达到一定温度以上,才可以通过城镇燃气管网输送至用户。因无需额外的能量消耗便可气化液态天然气,空温式气化器备受LNG场站的青睐。由于缺乏对空温式气化器气化机理的深入研究,LNG场站气化能力难以精确描述或定量优化,设计人员在进行场站气化系统选型及配置时缺乏参考依据,给LNG场站带来供气可靠性和经济性等诸多问题。本文以空温式气化器作为研究对象,建立并求解靠近本质运行的LNG空温式气化器整体传热模型,采用数值建模和调研测试相结合的方法,进行模型改进与AAV传热性能分析。在此基础上,联立空温式气化器和复热器的经济模型,提出双目标配置优化策略,构建空温式气化器配置优化模型,对于LNG空温式气化器设计选型指导及研究具有一定的参考价值。通过对空温式气化器结霜过程、空气侧传热特性的分析,运用能量守恒和质量守恒的原理,推导了结霜和非结霜工况下翅片管空气侧总换热系数方程,得到翅片管空气侧传热模型;在此基础上,探讨管内流动沸腾传热机理,选取热物性参数计算关联式,提出管内单相换热和两相换热的计算方法,最后构建动态的LNG空温式气化器整体理论传热模型并求解。通过实际调研及测试,对比实际运行数据和理论模型的计算结果,明确原理论模型的计算精度,并从传热机理和运行参数两个方面,分析挖掘理论模型计算产生误差的原因。在此基础上,对原理论模型进行相关参数的改进,从而得到精准性较高的整体传热理论模型。通过调研选取合理的设备模型,利用改进后的整体传热模型,探讨出口温度、管内流体各相长度以及传热系数随时间的变化关系,进而分析结构参数（翅片管几何形状和列数、翅片个数）和运行参数（环境温度和实际气化量）对空温式气化器传热性能的影响。在此基础上,以设备的运行条件作为依据,提出空温式气化器结构参数设计的建议。通过对空温式气化器和复热器常规配置的局限性分析,丰富空温式气化器配置原则;以投资费用和投资效益作为配置优化模型的优化目标,建立双目标优化模型,选取平方和加权法作为模型的优化方法,并以实际配置案例作为对比,得到富余系数在1.5～2.0时的配置方案经济性优于富余系数1.2～1.5的结论。