Basierend auf der Theorie des ähnlichen Siedewärmeübergangs wurde eine numerische Vergleichsstudie für überkritisches Kohlendioxid (S-CO₂) in einem horizontalen Rohr unter vollständiger Umfangs- und seitlich halbkreisförmiger Heizbedingung durchgeführt. Die Phasenverteilung des überkritischen Fluids im Rohr wurde ermittelt, wobei festgestellt wurde, dass die Dicke der gasfilmähnlichen Schicht an der Rohrwand ein entscheidender Faktor für die Wärmeübertragungsleistung des überkritischen Fluids ist. Diese wird durch den Wettbewerb zwischen Verdampfungsantriebskraft und Trägheitskraft bestimmt und kann durch die dimensionslose überkritische K-Zahl beschrieben werden. Lokale Verdickungen des gasfilmähnlichen Bereichs führen zu einer Verschlechterung des Wärmeübergangs, einem Anstieg der Wandtemperatur in Strömungsrichtung und einer verstärkten Inhomogenität in Zirkumferenzrichtung. Die Bedingungen für eine Verschlechterung des Wärmeübergangs können präzise durch die überkritische Siedezahl SBO vorhergesagt werden. Unter Betriebsbedingungen mit Druck p von 8 bis 20 MPa, Massenstrom G von 300 bis 1300 kg/(m²·s) und Wärmestromdichte q_w von 42 bis 500 kW/m² verändert die seitlich halbkreisförmige ungleichmäßige Beheizung im Vergleich zur gleichmäßigen Umfangsbeheizung die Wärmeübertragungseigenschaften im Rohr: Erstens führt die Abschwächung der Verdampfungsantriebskraft zu einer Verringerung der gasfilmähnlichen Schichtdicke und einer Verstärkung des Wärmeübergangs; zweitens verringert sich das Verhältnis der überkritischen K-Zahl an der oberen und unteren Meridianlinie, die Dicke der gasfilmähnlichen Schicht wird homogener, der kritische SBO-Wert für den Übergang von normalem Wärmeübergang zu einer Verschlechterung steigt von 6,179×10^–4 auf 9,798×10^–4, und der maximale Temperaturunterschied zwischen oben und unten sinkt von 116,3 K auf 57,1 K. Die halbkreisförmige seitliche Beheizung unterdrückt effektiv die Wärmeübergangsverschlechterung und die Wandtemperaturinhomogenität, was den sicheren Betrieb von horizontalen S-CO₂-Wärmeübertragungsausrüstungen begünstigt.

Überkritisches Kohlendioxid; Ähnliches Sieden; Wärmeübergangsverschlechterung; Halbkreisförmige Beheizung