由于超临界甲烷在拟临界温度附近物性变化剧烈,使得传热规律特殊而复杂。因此深入研究超临界甲烷在拟临界温度点附近的传热特性,对日后设计换热器具有参考意义。本文采用ICEM软件建立物理模型并进行网格划分,运用Fluent软件,基于计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics,CFD）原理,采用有限体积法研究在恒热流密度、质量流量入口、管内径10mm等条件下,超临界甲烷在水平直管中湍流流动及换热特点,并以此作为比较的基础,继续研究同样条件下,U型管中超临界甲烷的对流换热。具体内容如下:首先,采用Realizable k-ε两方程模型作为管内湍流模型,将超临界CO₂在直管内数值模拟的结果与同样情况下的实验研究结果对比,验证模拟方法及湍流模型的模拟准确性。其次,对超临界甲烷在水平直管中的流动和换热特性进行数值模拟,分析了质量流量、热流密度、压力、管道内径、重力大小对流动和换热的影响,结果表明:随着质量流量和重力的增大,对流换热系数h的峰值增大;随着压力、热流密度、管道内径的增大,h峰值减小;在本文的计算范围内,各参数对传热性能的影响,由大到小的排列顺序为质量流量、压力、重力大小、热流密度、管道内径;浮升力使横截面上出现二次流和温度分层现象,浮升力恶化了上壁换热而强化了下壁换热;浮力效应随质量流量和热流密度的增大而减弱,随压力、管道内径、重力的增大而增强;浮升力因子Gr/Re²能够预测浮升力对换热的影响。随后,对超临界甲烷在U型管中的流动和换热特性进行数值模拟,分析了质量流量、热流密度、压力、曲率半径、重力大小、布置形式对流动和换热的影响,结果表明:弯管的存在对前段直管无影响而对后续直管有影响;迪恩涡使弯管内发生局部换热恶化或强化,弯管内的h随质量流量、热流密度、重力、曲率半径增大而增大,随压力的增大而减小;各参数对传热性能的影响,由大到小的排列顺序为压力、质量流量、重力大小、热流密度、曲率内径;G=100kg/m²s、P=5.43MPa、R=17mm和水平布置工况下弯管内发生换热恶化;迪恩涡强度随质量流量、热流密度、重力增大而增强,随压力和曲率半径的增大而减弱。最后,分析了质量流量、热流密度、压力、重力大小对水平直管和U型管内场协同角的影响,结果表明:U型管的场协同性优于水平直管;各参数对场协同角和换热性能的影响,由大到小的排列顺序相同。