【الهدف】 يتطلب بناء نظام كهربائي جديد نظيف ومنخفض الكربون تطوير تكنولوجيا حرارية فعالة ومرنة. دورة ثاني أكسيد الكربون فوق الحرجة نصف المغلقة (supercritical carbon dioxide, S-CO₂) تسخن العامل العامل مباشرة من خلال احتراق الوقود مع الأكسجين النقي لتحقيق توليد طاقة فعال والتقاط الكربون بشكل متزامن. تهدف هذه الورقة إلى استكشاف المشكلة غير الواضحة لخصائص انتقال الحرارة وانتقال المادة للتكثيف العامل المركب CO₂/H_2O في مبادل حراري في دورة S-CO₂ نصف المغلقة. 【الطريقة】 تم إنشاء نموذج رقمي ثلاثي الأبعاد لتدفق التكثيف ونقل الحرارة للعامل المركب CO₂/H_2O لدراسة تأثير تدفق الكتلة (2×10^–4～4×10^–4 كجم/ثانية)، وكثافة تدفق الحرارة (–9～–14 كلووات/متر²)، ونسبة مول بخار الماء الداخل (3.3%～20.0%) على توزيع طبقة السائل المكثف، ومعامل انتقال الحرارة، ومعدل انتقال المادة بشكل نظامي. 【النتائج】 أظهرت النتائج أن متوسط معامل انتقال الحرارة السطحي يزداد مع زيادة تدفق الكتلة، ولكن توجد اختلافات في تغيّر معامل انتقال الحرارة المتوسط مع زيادة كثافة تدفق الحرارة على تدفقات كتلة مختلفة؛ معدل انتقال المادة المحوري يزداد ثم ينقص على طول اتجاه التدفق، حيث تتجمع المياه المكثفة في قاع الأنبوب بتدفق كتلة منخفض وكثافة تدفق حرارة عالية، وتتوزع حلقيًا عند تدفق كتلة عالٍ وكثافة تدفق حرارة منخفضة؛ عند زيادة نسبة مول بخار الماء الداخل من 3.3% إلى 20.0%، ارتفع متوسط معامل انتقال الحرارة بنسبة 20.22%، وتحركت ذروة معدل انتقال المادة تجاه المدخل. 【الاستنتاج】 يمكن أن توفر نتائج هذه الدراسة دعمًا نظريًا لتصميم مبادل حراري في دورة S-CO₂ نصف المغلقة، مما يساعد على تحسين كفاءة النظام وأداء التقاط الكربون.

عامل مركب CO_2/H_2O؛ المحاكاة الرقمية؛ التكثيف؛ خصائص نقل الحرارة وانتقال المادة؛ دورة S-CO_2 نصف المغلقة