垂直上升加热管道内超临界二氧化碳流动不稳定性研究

超临界二氧化碳(S-CO2)布雷顿循环发电技术被认为是最具前景的发电技术之一。在S-CO2发电系统启动/停机或者较低负荷的条件下,主压缩机送出的S-CO2在不能够充分回热的条件下直接进入S-CO2锅炉,会使S-CO2锅炉气冷壁内的大量S-CO2工作在拟临界温度点附近,致使S-CO2流动不稳定性成为S-CO2锅炉必须考虑的问题。本文以S-CO2锅炉气冷壁最为常见的布置结构(即垂直上升加热管)为研究背景,首先构建了S-CO2流动不稳定性的计算模型,随后进行了大量的数值计算,研究了典型工况下的S-CO2流动不稳定性特点,获取了主要边界参数对界限热流密度的影响规律。结果显示:随着入口压力或者质量流量的增大,界限热流密度显著提升,管内流动稳定性有明显提高;随着入口温度的提高,界限热流密度先降低再升高;对于不同的工况,存在1个临界入口温度,在该入口温度下,界限热流密度最低,管内流动稳定性最差。