缠绕式换热器因其耐高压、结构紧凑、换热效率高等特点,成为大型LNG装置的首选主低温换热器,广泛应用于石油、化工等各个领域。目前关于缠绕式换热器的传质模型存在无法估测松弛时间,因而存在计算效率低、精度差,以及壳侧多组分传质研究较少,机理尚不清晰的问题。为此本文以缠绕式换热器为研究对象,采用了数值计算的方法,研究了缠绕式换热器壳侧多组分传热传质特性,提出了自适应计算松弛时间的改进型传质模型,并对壳侧滴状流与换热特性、晃荡条件下多组分传热传质特性进行了研究。首先,对本文所使用的数值计算方法进行了简单介绍,对数值计算的过程、所涉及到的数学模型进行理论介绍和分析,便于选用适用于本研究的计算模型。然后,本文从微观角度,使用流型和分离长度对模型进行了验证,流型与实验基本吻合,分离长度与实验偏差为-1%～+8%。随后对混合制冷剂在缠绕式换热器表面滴状流的流型和换热特性进行了研究,结果表明采用k-ω湍流模型、VOF和CSF模型可以很好的模拟降膜滴状流动,与实验结果对比误差较小;管间距s=5 mm时,随着雷诺数增大对流换热系数增大;当一定的流量能形成不连续状流时,随着管间距的增大,对流换热系数变化幅度很小。其次,本文通过数学推导得到了可以自适应计算松弛时间的改进型传质数学模型,并通过编程和优化成可并行化的UDF。随后进行了网格无关性验证和模型验证,模型与实验数据的匹配性较好,换热系数与实验值偏差为-5.9%～-1.2%。随后对气液混合制冷剂在缠绕式换热器壳侧的换热性能进行了研究,研究结果表明当流型保持片状流不变时,气相制冷剂的流量变化对缠绕式换热器换热性能的影响比较小,而液相制冷剂的流量变化对换热性能的影响占主导作用。干度x=5%时,压力损失突降到最低值。当雷诺数Re增大到使液相制冷剂能均匀覆盖在缠绕管上时,换热性能有所提升。当雷诺数Re=495时,流型不稳定,处于片状流到柱状流的过渡阶段,而Re在1000左右时,则能显著提升换热性能。最后,修改单组份改进型传质模型为多组分传质模型,进行模型验证,验证结果与实验偏差为-9.5%～+13.5%。并对晃荡数学模型进行了推导,编写为UDF。随后对比静止状态进行了晃荡条件下缠绕式换热器壳侧多组分传热传质特性研究。研究结果表明,以丙烷气液两相流为第一组分、乙烷为气相第二组分时,随着乙烷摩尔比的增加,换热系数逐渐增大,松弛时间β也从逐渐增大,压力损失逐渐增大。以乙烷气液两相流为第一组分、丙烷为液相第二组分时,随着干度x的增加,换热系数h和松弛时间β同时减小,压力损失也逐渐减小。以乙烷气液两相流为第一组分、丙烷为液相第二组分,随着液相中丙烷制冷剂摩尔比的增加,换热系数h逐渐降低,松弛时间β也在随着液相乙烷的减少而降低,压力损失也随着降低。通过增加晃荡条件,研究结果表明,晃荡条件有时能提升换热性能,有时则影响不明显甚至轻微的劣化传热性能,但幅度都很小,这与实际组分和工况有关。但与静止状态相比,晃荡能降低压力损失。论文有图71幅,表10个,参考文献90篇。