本文格式為Word版，下載可任意編輯——管內(nèi)湍流傳熱,流體內(nèi)溫度梯度

原標(biāo)題：工程熱物理所超臨界流體湍流傳熱特性研究獲進(jìn)展

超臨界流體在工業(yè)中具有廣泛的應(yīng)用，譬如超臨界水冷回響堆、超臨界CO2布雷頓循環(huán)、超臨界壓縮空氣儲(chǔ)能等。超臨界流體具有獨(dú)特的物性規(guī)律：當(dāng)溫度低于擬臨界溫度時(shí)類(lèi)似于液體，當(dāng)溫度高于擬臨界溫度時(shí)類(lèi)似于氣體，而在擬臨界點(diǎn)鄰近其物性會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈的變化。該特性使得超臨界流體具有“傳熱惡化”、“傳熱強(qiáng)化”等特殊的傳熱規(guī)律，對(duì)系統(tǒng)的性能具有重要影響，因此超臨界流體的傳熱特性一向被研究者所重視。

中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所儲(chǔ)能研發(fā)中心對(duì)定壁溫條件下超臨界流體豎直圓管內(nèi)向上湍流滾動(dòng)的傳熱特性開(kāi)展了研究。該研究采用數(shù)值模擬方法，在圓柱型坐標(biāo)系下使用SSTk-ω湍流模型。研究結(jié)果說(shuō)明（見(jiàn)圖1），超臨界流體在加熱段內(nèi)可以分成3個(gè)階段——進(jìn)口段、跨臨界段和過(guò)臨界段。熱流密度在進(jìn)口段急速下降；在跨臨界段下降，同時(shí)伴隨振蕩現(xiàn)象；在過(guò)臨界段持續(xù)下降，但是振蕩現(xiàn)象消散。熱流密度振蕩發(fā)生條件為：壁面溫度高于擬臨界溫度，而主流溫度低于擬臨界溫度。熱流密度振蕩是由于流體在擬臨界點(diǎn)鄰近物性發(fā)生強(qiáng)烈變化引起的。流體在擬臨界點(diǎn)鄰近受熱會(huì)產(chǎn)生浮升力效應(yīng)，浮升力效應(yīng)進(jìn)而引起管內(nèi)流體周期性對(duì)流換熱變化，最終導(dǎo)致壁面熱流密度振蕩現(xiàn)象的發(fā)生。由于流體和壁面之間的溫差逐步減小，壁面熱流密度振蕩幅度沿軸線方向逐步減弱。

將數(shù)值測(cè)驗(yàn)結(jié)果與經(jīng)典閱歷關(guān)聯(lián)式Dittus-Bolter公式和Bishop公式舉行比較（見(jiàn)圖2），結(jié)果察覺(jué)Dittus-Bolter公式和Bishop公式都不能切實(shí)預(yù)料超臨界流體振蕩現(xiàn)象。這是由于Dittus-Bolter公式?jīng)]有考慮超臨界流體受到的浮升力作用，而B(niǎo)ishop公式雖然考慮了熱物性的影響，但是不能切實(shí)估計(jì)過(guò)程中速度場(chǎng)的作用，因而此二式無(wú)法對(duì)定壁溫條件舉行切實(shí)預(yù)料。

此外，開(kāi)展了不同工況參數(shù)對(duì)超臨界流體換熱的影響規(guī)律的研究，結(jié)果說(shuō)明質(zhì)量流量、壁面溫度和操作壓力的上升提高了對(duì)流換熱系數(shù)，同時(shí)消減了對(duì)流換熱系數(shù)的振蕩幅度。

該工程受到國(guó)家自然基金（51606186,U1407205）、國(guó)家重點(diǎn)根基研究進(jìn)展籌劃（“973”籌劃，2022CB251302），北京市科技籌劃工程（D161100004616001）和中科院前沿科學(xué)重點(diǎn)研發(fā)籌劃（QYZDB-SSW-JSC023）的支持，相關(guān)研究成果已經(jīng)在InternationalJournalofHeatandMassTransfer上發(fā)表(INTJHEATMASSTRAN128(2022)875-884)。

圖1定壁