当今社会的能源高效利用问题已成为热门研究课题,传统能源因其效率低,能耗大而被逐渐淘汰,新能源的利用已成趋势。超临界CO2因其具有高传热特性且对环境污染较小的特点而被广泛地应用在有关新型换热器当中。本文以螺旋管作为模拟研究的物理模型,并采用数值模拟的方法对超临界CO2在管中的传热特性进行了科学研究,最后获得的结果可为超临界流体在实际工作中的运用提供参考。首先,本文介绍了超临界流体的定义和其作为新能源的优势所在,梳理了国内外目前对这一方向课题研究得到的结果。然后,模拟了在相同壁温加热标准下,超临界CO2在管内的流动过程和传热变化。通过Ansys Fluent软件,验证了RNGκ-ε两个方程的适用范围,得到了螺旋管部分对流换热全过程中超临界CO2的温度、速率和相对密度。以及流体在管中流动时其温度、速度和换热能力沿程的变化趋势。讨论了影响螺旋管内超临界CO2传热的因素,如向心力、浮升力和流体剧烈变化的热物性。通过控制管道的流阻和边界层温度,以分析螺旋管中热对流部分的热传递和恶化系数。研究数据表明:向心力传播的风险存在于整个热传递到广泛流动的全过程中。当径向角φ≤1080°时,底部汇流排上的h较大,近轴侧汇流排上的h最小,并首先达到最大值。局部对流换热系数的最大值随管道流阻的增大而缓慢增加。随着表层温度的升高,其逐渐降低。最后,通过Fluent软件分析了不同结构尺寸的螺旋管其传热性能,分析了不同结构螺旋管的参数变化对传热恶化的影响;失重状态对超临界CO2导热特性的影响。研究数据表明:重力对螺旋管中超临界CO2的导热和恶化的影响很小。在确保螺旋管中其他结构主要参数相同的标准下,随着螺旋管直径的扩大,向心力和浮升力引起的二次流变弱,传热系数降低。当螺距小于60mm时,螺距的变化不容易对传热效果造成恶化。但是当螺距增大至90mm时,传热系数便会发生明显的下降。