非均匀热流影响超临界二氧化碳流动换热数值研究

针对部分极端工况下表面热流密度高、分布不均匀的特点,采用数值计算分析方法研究非均匀热流对超临界二氧化碳流动与换热特性的影响。针对内径为4 mm水平圆管内超临界压力二氧化碳的流动传热,依次在相同总热流不同变化斜率、不同总热流相同变化斜率的2组线性非均匀热流工况下进行数值模拟,得到线性非均匀热流工况下热物性分布、浮升力影响对流换热特性规律。仿真结果表明:相较于均匀热流,非均匀热流工况下加热段入口处附近上壁面传热恶化更严重,线性非均匀热流分布下该处管壁温度可达均匀热流工况下的1.85倍;对给定的实际表面热流边界条件下的超临界二氧化碳流动换热进行数值仿真,加热段入口处上壁面最大温度达出口温度的3.41倍,改变流动方向后这一比值降低到1.50,据此对采取超临界二氧化碳为工质的相关冷却方案给出了建议。