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浸没燃烧式气化器(SCV)是LNG产业链中的核心换热设备,其工作原理是利用水浴作为中间媒介来实现高温烟气与跨临界LNG之间的热量交换。目前国内在役的SCV主要从日本或德国进口,我国还未实现自主化设计与制造,主要原因是对SCV壳程气液两相流横掠管束流动与传热以及蛇形圆管内跨临界LNG流动与传热的研究不充分,尚未形成定量的设计计算方法。因此本文采用实验与数值模拟相结合的方法对SCV流体流动与传热特性进行了研究,主要工作及结论如下:(1)设计并搭建了一套可视化SCV实验系统,用以研究SCV壳程气液两相流横掠管束和管程跨临界流体气化的耦合传热过程。该系统可观测SCV运行过程中壳程气液两相流横掠管束流动现象,并可对运行过程中燃料热负荷、烟气量、水位高度、管程流体温度和压力、水浴温度及管束外壁温度等参数进行控制和记录。(2)进行了 SCV流体流动与传热实验,通过分析不同介质条件下SCV耦合传热规律,揭示了影响SCV高效运行的关键因素。结果表明,壳程气泡群的剧烈扰动以及水浴溢流形成的循环水流,强化了 SCV传热能力。通过调节管程入口质量通量、烟气表观气速和初始水位高度之间的匹配关系,可实现SCV传热性能的优化,进而确保了壳程主换热区域内水浴不结冰且管程流体满足气化要求。(3)在实验基础上,建立了求解SCV气液两相流、管束壁与跨临界LNG之间传热传质的数学模型,根据实验数据验证了模型的可靠性。通过数值模拟,研究了蛇形圆管内跨临界LNG对流传热特性以及气液两相流横掠管束对流传热特性。结果表明,在蛇形圆管内,受流体热物性剧烈变化的影响,局部对流传热系数呈先增大后减小变化趋势,并在拟临界温度附近达到最大;在“迪恩涡”剪切作用下,弯管段内局部对流传热系数显著增大。在管束外部,烟气中的水蒸汽冷凝强化了壳程流体对流传热能力,并且当围堰内含气率为25%～45%时,对流传热能力较强。(4)通过数值模拟,以本套实验装置为例,研究了 SCV耦合流动与传热特性,给出了优化SCV传热性能的操作条件。结果表明,SCV壳程烟气质量流量与管程LNG质量流量比率应控制在0.2～0.3之间,初始水位高度与围堰高度比率应控制在0.6～0.9之间。提出了适合预测SCV管程和壳程流体对流传热特性的无量纲准数关联式,预测偏差分别在±20%和±25%之内,为工程SCV设计提供了参考。