印刷电路板式换热器(Printed Circuit Heat Exchanger,PCHE),是通过化学蚀刻的方法在换热板上蚀刻出微通道并利用原子间结合力实现扩散连接的紧凑型板式换热器,在浮式天然气、海上油气加工、太阳能热电、高温反应堆中间冷却器领域均有广阔的应用前景。目前针对PCHE内流动与换热特性的研究局限于:研究结构参数和运行参数对超临界二氧化碳、氦气在PCHE内流动与换热评价指标(范宁因子和努塞尔数)的影响规律,对流动与换热特性影响的机理研究并不深入。此外,对于甲烷、甲烷/乙烷混合物在半圆形截面Zigzag通道内流动与换热基础性问题的研究及准则式的开发国际上依然处于起步阶段。因此,本文以甲烷、甲烷/乙烷混合物为流动工质,探讨结构参数和运行参数对PCHE内流动与换热特性的影响机理,开发适用于甲烷、甲烷/乙烷混合物在半圆形截面Zigzag型PCHE内的流动与换热准则式。首先,本文基于FLUENT平台的SST k-ω湍流模型确定了三维湍流稳态数值计算方法,验证了其可靠性,并从流体热量输运能力、粘性耗散速率、旋涡发生显著程度及流体边界层的角度探讨了结构参数对流动与换热特性的影响机理。结果表明,在本文研究范围内,小通道直径、小节距、大折转角工况下的流动性能较差,但换热性能较好,耦合考虑其流动和换热特性进行优化分析,确定了本文研究范围内的最优通道直径为1.51mm、最优节距为20.0mm、最优折转角为15°。其次,基于最优的Zigzag通道结构,从湍流核心区高速成分、流动分离显著程度、能量输运及耗散速率等角度,探究了运行参数对甲烷、甲烷/乙烷混合物在半圆形截面Zigzag通道内流动与换热特性的影响机理。结果表明,高质量流率、高入口温度工况的流动性能较差,但换热性能较佳,高出口压力工况的流动与换热性能均较佳;此外,构建了不同参数工况下的数值模拟结果数据库。最后,对文献中现有的半圆形截面Zigzag型PCHE内超临界二氧化碳的流动与换热准则式,用于预测甲烷、甲烷/乙烷混合物流动与换热特性的适用性作了分析。适用性分析结果表明,文献中现有的流动与换热准则式对甲烷、甲烷/乙烷混合物均不适用,故基于数值模拟数据库开发了对甲烷、甲烷/乙烷混合物通用的流动与换热准则式,准则式得出的努塞尔数、范宁因子与数值模拟结果间的最大相对误差均控制在±2%以内,具备较高预测精度。