На основе теории теплообмена при кипении подобного типа проведено численное моделирование и сравнительное исследование сверхкритического диоксида углерода (S-CO₂) внутри горизонтальной трубы при условиях полного окружного и бокового полукругового нагрева. Получено распределение фаз сверхкритической жидкости внутри трубы, выявлено, что толщина подобной газовой пленки на стенке трубы является ключевым фактором, влияющим на теплопередачу сверхкритической жидкости, которая определяется конкуренцией между силой испарения и инерционной силой и может быть охарактеризована безразмерным сверхкритическим числом K. Локальное утолщение газовой пленки приводит к ухудшению теплоотдачи, температуре стенки, возрастает по направлению потока и усиливается неоднородность в циркулярном направлении. Условия ухудшения теплообмена могут быть точно предсказаны с помощью сверхкритического числа кипения SBO. При давлении p от 8 до 20 МПа, массовом расходе G от 300 до 1300 кг/(м²·с), плотности теплового потока q_w от 42 до 500 кВт/м², по сравнению с равномерным нагревом по всему периметру, боковой полуокружной неоднородный нагрев изменяет характеристики теплопередачи внутри трубы: во-первых, ослабление силы испарения приводит к уменьшению толщины газовой пленки и усилению теплоотдачи; во-вторых, отношение сверхкритического числа K в верхней и нижней меридианах уменьшается, толщина газовой пленки становится более однородной, критическое значение SBO для перехода от нормальной теплоотдачи к ухудшению увеличивается с 6.179×10^–4 до 9.798×10^–4, максимальная разница температур между верхом и низом уменьшается с 116.3 K до 57.1 K. Боковой полуокружной нагрев эффективно подавляет ухудшение теплоотдачи и неоднородность температуры стенки, способствуя безопасности эксплуатации горизонтального теплообменного оборудования S-CO₂.

Сверхкритический диоксид углерода; подобное кипение; ухудшение теплообмена; полукруговой нагрев