水平管内超临界二氧化碳类沸腾传热数值模拟：全周与侧半周加热对比研究

周纪龙; 于博文; 钟锡镇; 齐会; 徐进良; 谢剑

doi:10.19666/j.rlfd.202504068

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水平管内超临界二氧化碳类沸腾传热数值模拟：全周与侧半周加热对比研究

热能科学研究 | 更新时间：2025-11-04

- 水平管内超临界二氧化碳类沸腾传热数值模拟：全周与侧半周加热对比研究
- Numerical simulation on pseudo-boiling heat transfer of supercritical carbon dioxide in horizontal tube with circumferential heating and semicircle heating
- 热力发电 2025年第10期页码：93-104
- 作者机构：
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  河南省基本科研业务费支持项目（2023KY32）;国家自然科学基金重点项目（52130608）~~
- DOI：10.19666/j.rlfd.202504068
  中图分类号：
- 纸质出版：2025
- 稿件说明：
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周纪龙, 于博文, 钟锡镇, 等. 水平管内超临界二氧化碳类沸腾传热数值模拟：全周与侧半周加热对比研究[J]. 热力发电, 2025,(10):93-104.

Numerical simulation on pseudo-boiling heat transfer of supercritical carbon dioxide in horizontal tube with circumferential heating and semicircle heating[J]. Thermal power generation, 2025, (10): 93-104.
周纪龙, 于博文, 钟锡镇, 等. 水平管内超临界二氧化碳类沸腾传热数值模拟：全周与侧半周加热对比研究[J]. 热力发电, 2025,(10):93-104. DOI： 10.19666/j.rlfd.202504068.

Numerical simulation on pseudo-boiling heat transfer of supercritical carbon dioxide in horizontal tube with circumferential heating and semicircle heating[J]. Thermal power generation, 2025, (10): 93-104. DOI： 10.19666/j.rlfd.202504068.

摘要

基于类沸腾传热理论，对水平管内超临界二氧化碳（S-CO_2）在全周与侧半周加热条件下进行数值模拟对比研究。获得了管内超临界流体相分布，发现管壁类气膜厚度是影响超临界流体传热性能的关键，其由蒸发动量力和惯性力竞争决定，可用无量纲超临界K数表征。类气膜局部增厚将导致传热恶化，壁面温度沿流动方向发生飞升，且在圆周方向上不均匀性加剧，传热恶化条件可用超临界沸腾数SBO精准预测。在压力p为8～20 Mpa、质量流速G为300～1 300 kg/(m~2·s)、热流密度q_w为42～500 kW/m~2工况下，与全周均匀加热相比，侧半周非均匀加热改变了管内传热特性：首先，蒸发动量力减弱导致类气膜厚度减小，传热强化；其次，顶、底母线超临界K数比值减小，类气膜厚度更均匀，正常传热向传热恶化转变的临界SBO值从6.179×10~(–4)提高至9.798×10~(–4)，最大顶、底传热温差从116.3 K降低到57.1 K。侧半周加热有效抑制了传热恶化及壁温不均匀性，有利于卧式S-CO_2换热装备的安全运行。

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