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数值仿真技术作为一项综合应用技术，已经被越来越广泛地应用于制冷系统的研究中。数值仿真不但可以避免大量重复的实验，节省实验成本和时间;而且可以获知实验过程中不易观测到的一些参数，便于对研究对象的物理机理进行深入理解和分析。此外，数值仿真也为现有产品的优化设计提供了一种新的途径，为制冷系统的研发方向提供了可靠的理论指导。制冷系统的数值仿真主要针对流动和传热问题的研究，可以分为制冷剂侧和空气侧两个研究方向。对于制冷剂侧来说，又可分为临界流动和非临界流动两块，尽管已有较多的数值仿真研究，但短管内的两相临界流动（临界流动），以及波纹型流道内的流动换热（非临界流动）的数值研究还较为缺乏;对于空气侧来说，目前大多数的数值研究还集中于干工况，而对于湿工况来说，特别是空气在析湿过程中热质传递的数值研究较少。本文分别针对以上三方面流动和传热问题进行了如下研究和探讨: (1)制冷剂在短管内两相临界流动的数值仿真:本文建立了一个新的数值模型用于预测短管（节流短管）内制冷剂的临界质量流量。新模型不仅加入了制冷剂亚稳态流动模拟，并且还通过对各种两相临界流动解析模型的分析对比，得出数值仿真中应采用NEM模型作为短管出口处制冷剂临界流量的计算模型的结论。为了验证新模型的精度，本文将新模型的预测结果和文献中已有的实验数据、本文中小管径节流短管的实验数据以及已有的两流体模型进行了对比分析。本文所开发的数值模型在预测R-410A、R-407C和R-134a临界质量流量时的平均相对误差分别为6.91％、5.33％和7.09％;在对小管径短管内制冷剂R-22临界质量流量进行预测时的平均相对误差为4.42％;和已有的两流体模型相比，新模型在制冷剂入口过冷度较高的情况下能较为准确地预测已有的实验数据。 (2)制冷剂在波纹型流道内流动换热和压降的数值仿真:波纹型流道内流体的流动换热系数较大，但流体侧压降也普遍增大，因此有必要对波纹流道结构进行优化设计。板式换热器是波纹流道的一个最为直接和广泛的应用，但是目前并没有基于数值模型的较为快速和准确的全局优化设计方法，特别是对于正弦形人字波纹板换来说。因此本文建立了一个用于模拟正弦形人字波纹板式换热器内单相湍流流动的数值模型，并建立了板式换热器的平行参数化数值仿真方法，不但能够自动生成计算网格和仿真算例，还可以同步输出仿真计算结果。采用SSTκ-ω湍流模型可以较为准确地预测流体侧的流动换热系数和压降。本文基于近似辅助优化技术(AAO)建立了元模型，用于建立输入变量（如波纹结构）和输出响应（如换热系数和压降）之间的对应关系，并通过多目标遗传算法对波纹结构进行了优化设计。帕累托优化解表明，拥有较大面积放大系数ψ的板式换热器的热效率更高，提高面积放大系数能够在增加相对较小压降损失的前提下提高换热系数;增大波纹角度β也可以提高流体侧的传热，但其最大值受到最大允许压降的制约。 (3)空气在析湿过程中热质传递的数值仿真:由于湿工况下翅片侧同时存在显热和潜热的传递，析湿过程对空气侧的传热有重要作用，而目前针对翅片表面热质传递的数值仿真研究较少，特别是对于湿翅片效率和热质传递类比关系方面。本文建立了湿工况下翅片管式换热器空气侧热值传递的数值模型，该模型不仅考虑了湿空气中水蒸气和液态水之间的热质传递，还加入了湿空气中水蒸气的直接冷凝模型，使得新数值模型更符合析湿过程中热质传递的机理。数值模型和文献中已有实验数据的对比表明，数值模型预测空气侧的对流传热系数和传质系数和实验数据均吻合的较好，两者的最大相对误差在±15％以内。新数值模型被用于分析湿工况下三种不同翅片效率之间的关系，以及翅片间距、管排数、空气流速和相对湿度对三种翅片效率的影响等。基于已开发的数值模型研究了湿工况下翅片侧的热质传递类比关系，确定了影响刘易斯因子的关键参数，并基于数值仿真结果对刘易斯因子进行了拟合，得出了刘易斯因子以相对湿度和雷诺数为变量的计算关联式。