随着我国食品、医疗以及酒店等行业的发展,低温冻藏制冷系统在人们的生活中发挥出重要作用。氨压缩制冷系统在低温冻藏制冷中的应用目前最为广泛,然而,该系统耗电量大且间接对环境产生较大影响。因此,有必要开发更为环保节能、安全可靠的系统进行低温冻藏制冷。天然气因其具有热值高、安全可靠以及清洁可靠等优点,成为最受人们青睐的清洁能源之一。为了降低天然气的成本,通常以液化天然气（LNG）的形式进行储存和运输,而LNG气化过程中释放的冷能甚为可观。因此,将LNG冷能应用于低温冻藏制冷系统,并分析关键设备余冷回收换热器的传热性能具有实际意义。本文提出了一种利用LNG余冷的低温冻藏制冷系统,并对整个系统以及关键设备进行了理论研究和仿真分析,具体工作内容如下:本文首先构建了利用LNG余冷的低温冻藏制冷系统和传统氨低温冻藏制冷系统的物理模型,并从热力学和经济学的角度,建立了两个系统的数学模型。选择40%乙二醇水溶液作为利用LNG余冷的低温冻藏制冷系统的载冷剂。在改变冷间温度和制冷量条件下,对两个系统进行了对比分析。结果表明:当冷间温度升高时,两系统工质质量流量、功耗以及投资费用均降低,而系统制冷性能系数（COP）升高;当制冷量升高时,两系统工质质量流量、功耗、投资费用均升高,而氨低温冻藏制冷系统COP不变,LNG低温冻藏制冷系统COP增加,在5～12 k W时LNG低温冻藏制冷系统COP低于氨低温冻藏制冷系统,而12～30 k W时相反。经济性能对比表明:LNG低温冻藏制冷系统的投资费用远低于氨低温冻藏制冷系统。综合结论为:在相同工况下,利用LNG余冷的低温冻藏制冷系统的热力学性能和经济学性能优于传统的氨低温冻藏制冷系统。其次为进一步将回收的LNG余冷高效利用于冷库低温冻藏,结合现有模拟条件的可行性,利用Fluent模拟分析了不同放置方式、不同进出口尺寸等结构特征对余冷回收换热器传热性能的影响。结果表明:余冷回收换热器横向放置时,乙二醇出口温度更低,降温效果更优,同时横向放置余冷回收换热器较纵向余冷回收换热器出口流速更小;乙二醇进出口直径较大时,乙二醇可以更充足和更均匀地与LNG进行换热,降温幅度更大,换热效果更明显。同时乙二醇进出口直径增加,使得乙二醇速度射流分散,速度大小变化剧烈。在结构特征的基础上,通过改变LNG速度、乙二醇入口质量分数、入口速度、温度等关键参数,对余冷回收换热器进行传热模拟计算,从而得出:当LNG、乙二醇速度升高时,传热系数、热效率、压降均增加,相比之下乙二醇速度增加给传热性能带来的影响较大;当乙二醇质量分数升高时,传热系数、热效率均呈降低趋势,但压强增加;当乙二醇质量分数及入口速度不变时,随着入口温度的升高,余冷回收换热器传热系数、热效率、压降均减小。