远临界点垂直管内超临界CO₂换热特性的数值模拟研究

摘要

超临界CO₂在核能发电、太阳能发电、低温制冷、航空航天等领域有着重要应用。目前对超临界CO₂管内对流换热的研究大多在临界点温区附近，而在远离临界点高温高压条件下的超临界CO₂换热规律尚不明晰。在高温高压下进行了数值模拟研究，探究了质量流量、入口温度、系统压力、热流密度和管径对对流换热系数的影响，并分析了由这些工况变化引起的浮升力和流动加速效应对换热特性的影响。结果表明：随着质量流量、入口温度、系统压力和热流密度的增加，对流换热系数增大；在不同热流密度条件下，流体的对流换热系数差值沿流动方向逐渐扩大；对流换热系数随着管径增大而减小。相较于临界点附近的换热规律，热流密度和管径对对流换热系数的影响存在差异。总体而言，压力对对流换热系数的影响相对较小。该研究对理解和完善超临界流体换热规律、指导高效安全换热器设计具有重要意义和工程价值。

关键词

超临界CO₂ / 远临界点 / 垂直管 / 换热特性 / 数值模拟