竖直上升管内超临界CO2异常传热机理研究

作者：胡娟娟^*; 李增光; 高一民; 杨建; 刘浪

来源：中国舰船研究, 2021, 16(03): 170-179.

DOI：10.19693/j.issn.1673-3185.01921

• 超临界CO2
• 竖直上升管
• 异常传热
• 机理

[目的]小通道内的换热已被广泛应用于核反应堆与航天发动机冷却等方面。为保证该系统内热力装置安全、高效运行,需系统、深入研究超临界CO2的传热规律与异常传热机理。[方法]通过CFD数值模拟,对不同质量流速下内径为2 mm的竖直上升管中超临界CO2的换热随热流密度与压力的变化规律展开研究,并对传热强化与传热恶化工况下不同截面处径向物性参数的变化规律进行研究,深入分析异常传热机理。[结果]研究结果表明,当质量流速为500～1 000 kg/(m2·s)时,随着热流密度的升高,超临界CO2由传热强化转变为传热恶化,且在传热恶化工况下,随着热流密度的升高,超临界CO2传热恢复区的换热系数峰值有所降低,直至消失;随着运行压力的升高,超临界CO2的异常传热程度均被削弱。通过机理分析发现,在传热强化工况下,超临界CO2的换热在拟临界点附近达到最强,其主要原因在于管截面上大比热容区流体的份额显著增加;在传热恶化工况下,壁温峰值对应的截面处速度呈"M"型分布,拐点处速度梯度降为0,湍动能也降到最低,导致传热能力变弱。[结论]研究结果对于改善小通道内超临界CO2的传热性能具有一定的指导意义。

• 单位
  中国舰船研究设计中心