超临界CO_2池式换热实验与数值模拟研究

作者：于博文; 何孝天; 徐进良^*

来源：中国科学 技术科学, 2023, 1-9.

• 超临界CO_2
• 池式换热
• 自然对流
• 数值模拟

超临界传热已进行了广泛研究,但对其现象及机理的认识仍不充分,本文研究了超临界二氧化碳(supercritical, s CO2)池式传热.实验以长度为22 mm和直径为70μm铂丝为加热和测温元件,容器压力为8～10 MPa,加热丝热流密度范围为0～1800 kW/m2,显著高于文献中的参数范围.采用变物性层流模型进行流固耦合数值模拟,加热丝附近采用了多尺度网格技术,数值模拟与实验结果吻合良好.发现传热系数h随热流密度qw的变化呈S形曲线,将h-qw曲线划分成三个区域.在类临界温度前,因瑞利数Ra随qw增大而增大, h随qw增大而增大;当铂丝温度开始超过类临界温度后,由于超临界流体回流效应增强, h继续增大直到获得最大值.随后,由于近壁区类气膜热阻增大, h随qw增大而减小直到获得极小值.在超过h极小值点后,由于高温下超临界流体导热系数随温度增大而增大,随qw增大h回复到增大趋势.本文获得了全参数范围内传热系数与热流密度的关系曲线,获得了对超临界池式传热较为完整的理解.

• 单位
  华北电力大学