近年来,液化天然气(LNG)一直保持较高增长率,成为全球增长最快的能源行业之一。气化器是LNG接收站的关键设备。与其他气化器相比,浸没燃烧式气化器(SCV)具有传热效率高、传热结构紧凑等优点。目前针对SCV设计原理、结构和操作参数的公开报道非常不足,本文通过研究气化器的传热与流动规律,并结合冷模实验对SCV的主要传热结构进行设计,以期为实际工程应用提供理论依据和基础数据。主要内容包括以下三个方面：(1)对SCV运行过程中三个主要传热过程进行理论分析计算。结果发现,对浸没燃烧传热,需将其控制在水浴温度升高阶段,且其热效率受到水浴温度、浸没深度以及燃烧过剩空气系数的影响；对盘管束内的跨临界传热,分别用三类九种模型采用温度分段的方法对传热系数进行预测,发现Petukhov模型不仅能准确预测传热系数,还能反映LNG物性随温度变化对传热的影响；对盘管束外的两相流横掠管束传热,从两相流的特性出发,结合SCV特有的几何结构,引入机械能守恒定律,提出采用平均横掠速度作为主要参数,用Zhukauskas公式对管外传热系数进行预测。用该设计方法对国内某LNG接收站在役SCV进行校核设计,盘管传热长度设计结果与实际值偏差小于1%,验证了该设计方法的可靠性。(2)用计算流体力学数值模拟的方法分析盘管束外两相流场的形态,并分析不同操作条件对其的影响。结果表明两相流的压力分布符合液体静压分布定律,在盘管区域由于气泡的破碎和合并存在波动；盘管区域两相流温度基本稳定；气、液两相分布均匀；虽然瞬时局部横掠速度变化杂乱无章,但平均横掠速度相对稳定。分析不同高温烟气进量以及不同初始水浴高度对盘管束外两相流场形态的影响,结果表明高温烟气进量偏大或偏小、初始水浴高度偏低或偏高均会引起盘管外传热效果的减弱。(3)用冷模实验装置模拟浸没燃烧式气化器盘管内、外的传热特性,研究表明,盘管外传热系数在某一初始水浴高度下随着热空气进量的增加而增大；管外传热存在一个最佳初始水高度,初始水浴偏高或偏低均会使得传热效果减弱。拟合得到了一个半理论半经验的盘管外传热系数预测公式,可以准确预测不同管内介质、不同盘管排布、小同初始水浴高、不同热空气进量下的半浸没式非互溶两相流横掠过管束传热。(4)分析SCV传热过程中存在的薄弱环节,提出用变径盘管束及双级烟管对浸没燃烧式气化器的传热结构进行优化,变径盘管束的使用使得所需传热面积分别减少了7.9%(变径管内径为15mm)与10.3%(变径管内径为13 mm)。基于本文研究内容,利用Visual Basic 6.0编制了浸没燃烧式气化器传热结构设计的可视化程序,可对SCV的传热盘管、烟气分布器、溢流板等结构进行设计。