超临界CO2竖直光管内向上流动摩擦压降特性

作者：张海松; 徐进良^*; 朱鑫杰; 朱兵国; 何孝天; 刘广林

来源：科学通报, 2020, 65(32): 3635-3643.

• 超临界二氧化碳
• 边界条件
• 物性
• 拟沸腾
• 摩擦压降
• 传热

超临界流体被广泛应用于工程技术领域,包括核工程、电力工程或航空工程等,但是由于物性剧烈的非线性变化,传热与表面摩擦取决于多种影响因素,导致超临界流体的流动压降特性并未得到较好地揭示.本文研究了超临界二氧化碳(CO2)在光滑圆管内热流密度qw、质量流速G以及压力P对摩擦压降特性的影响,比较了超临界CO2和常物性流体摩擦压降特性,并提出了一个预测超临界流体摩擦因子的新方法.结果表明,超临界CO2的摩擦特性与常物性流体不同,物性的剧烈非线性变化导致其流动特性异常复杂;摩擦压降被多种边界条件共同影响,可以表达为ΔPfexp/ΔPfiso=f(P, qw, G, Tb/Tw)的函数形式,其中ΔPfexp和ΔPfiso分别为超临界流体摩擦压降和等温流体摩擦压降, Tb和Tw分别为主流温度和壁面温度.随着压力增大,摩擦压降迅速减小.给定入口温度,超临界沸腾数(supercritical boiling number, SBO)对传热恶化发生时的流动特性有很大的影响,简单的物性修正不是有效方法.已存在的预测方法均不能预测其摩擦因子,特别是较大的摩擦因子,而我们提出的新关联式可以较好地预测.除了物性对超临界压力下流动阻力特性的影响,还应关注边界条件对摩擦特性的影响,尤其是物性剧烈变化导致的拟沸腾过程,这对进一步揭示其流动换热机理具有重要意义.

• 单位
  华北电力大学