【Ziel】 Der Aufbau eines neuen sauberen und kohlenstoffarmen Stromsystems erfordert die Entwicklung effizienter und flexibler Kraftwerkstechnologien. Der halbgeschlossene überkritische Kohlendioxid-Kreisprozess (supercritical carbon dioxide, S-CO₂) erhitzt das Arbeitsmedium direkt durch die Verbrennung von Brennstoff mit reinem Sauerstoff und realisiert eine effiziente Stromerzeugung und Kohlenstoffabscheidung in Kombination. Ziel dieses Artikels ist es, das unklare Problem der Wärme- und Stoffübertragungseigenschaften der Kondensation des zusammengesetzten Arbeitsmediums CO₂/H_2O im Wärmeübertrager des halbgeschlossenen S-CO₂-Kreislaufs zu untersuchen. 【Methode】 Es wurde ein dreidimensionales numerisches Modell des Kondensationsströmungs-Wärmeübergangs des zusammengesetzten Arbeitsmediums CO₂/H_2O aufgebaut, um systematisch die Auswirkungen der Massenstromrate (2×10^–4～4×10^–4 kg/s), der Wärmestromdichte (–9～–14 kW/m²) und des molaren Anteils des einströmenden Wasserdampfs (3,3 %～20,0 %) auf die Verteilung des Kondensatfilms, den Wärmeübergangskoeffizienten und die Stoffübertragungsrate zu untersuchen. 【Ergebnisse】 Die Ergebnisse zeigen, dass der durchschnittliche Oberflächenwärmeübergangskoeffizient mit zunehmendem Massenstrom ansteigt, es jedoch Unterschiede im Verlauf des durchschnittlichen Wärmeübergangskoeffizienten mit zunehmender Wärmestromdichte bei unterschiedlichen Massenströmen gibt; die axiale Stoffübertragungsrate nimmt in Fließrichtung zunächst zu und nimmt dann ab, bei geringem Massenstrom und hoher Wärmestromdichte sammelt sich kondensiertes Wasser am Rohrboden, bei hohem Massenstrom und niedriger Wärmestromdichte liegt es ringförmig vor; mit steigendem molaren Anteil des einströmenden Wasserdampfs von 3,3 % auf 20,0 % erhöht sich der durchschnittliche Wärmeübergangskoeffizient um 20,22 % und der Spitzenwert der Stoffübertragungsrate verschiebt sich in Richtung Einlass. 【Fazit】 Die Studienergebnisse können eine theoretische Grundlage für die Auslegung des Wärmeübertragers im halbgeschlossenen S-CO₂-Kreislauf bieten und zur Steigerung der Systemeffizienz und Kohlenstoffabscheidungsleistung beitragen.

zusammengesetztes Arbeitsmedium CO_2/H_2O; numerische Simulation; Kondensation; Wärme- und Stoffübertragungseigenschaften; halbgeschlossener S-CO_2-Kreisprozess