液化天然气(Liquefied Natural Gas,LNG)作为车用燃料在使用过程中会气化成气体,并释放出大量的冷能。如果这部分冷能被回收,利用于汽车空调系统,将很大程度地节约能源。冷能回收系统最为关键的设备是换热器,需要对换热器进行大量的理论计算和数值模拟,对换热器进行优化设计,从而确保换热器的强化传热和节能效果。基于国内外LNG汽车冷能回收技术的研究现状,采用了螺旋套管换热器作为LNG汽车冷能回收空调系统的关键换热元件。运用数值模拟的方法,对几种不同截面形状、不同几何结构的螺旋套管换热器的传热特性进行了研究。具体研究内容如下:第一,借助数值计算软件Fluent的平台优势和理论基础搭建模式,对换热器内部的流动与热交换过程的理论依据进行详细的阐述。对已有参考文献中液氮与LNG的换热实验工况,进行了数值模拟。数值模拟结果与实验结果对比,吻合良好,验证了所采用数值计算方法的可行性。第二,对不同截面形状的LNG汽车冷能回收螺旋套管换热器进行了数值模拟,获得了相应的压力场、温度场和对流传热系数分布,确定了圆形截面换热器的流场特性和换热效果最佳,为后续螺旋套管换热器的结构选型和数值计算打下了基础。第三,计算了加热流体速度对LNG汽车冷能回收螺旋套管换热器内流体流动和换热的影响,分别对不同螺旋中径、不同螺旋节距的螺旋套管换热器进行了数值计算,获得了螺旋套管换热器内的流动和传热特性,将为换热器的优化设计提供理论依据。本文主要运用了数值模拟的计算方法,确定了LNG汽车冷能回收螺旋套管换热器的基础结构,对不同结构形式的螺旋套管换热器进行了数值计算,得到了换热器内流体流动和传热的特性,为LNG汽车冷能回收螺旋套管换热器的优化设计提供了参考和借鉴。