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随着科学技术的快速发展,超临界压力流体管内流动与换热问题的研究在热能动力、核能利用、航天航空、化学化工等工业技术领域获得了广泛的关注。本文通过实验研究和数值模拟相结合的方法,对超临界压力流体在管内湍流流动与换热进行了研究,详细分析了流体物性、浮升力、流动加速、内插结构及周向非均匀热流等因素对超临界流体对流换热的影响规律。超临界压力CO2在内径1mm管内对流换热时,在较高热流密度工况下,浮升力与流动加速对换热存在耦合影响作用。对于向下流动,在7?10-8<r<8?10-7区间内流动加速对换热的恶化作用强于浮升力的强化作用,在该区间内二者综合作用使得局部传热恶化,向下流动壁温非线性变化。对于向上流动,局部Bo*数处于6?10-7<Bo*<8?10-6区间内,浮升力与流动加速的耦合作用会导致流场扰动,湍流发展增强,使得向上流动对流换热强度略高于向下流动。在低雷诺数AKN k-ε湍流模型基础上,通过简化方式求解湍流热流通量,建立浮升力湍动能生成项模型及湍流普朗特数模型对原始湍流模型进行修正,改进湍流模型在定量上与实验数据及DNS结果符合较好。通过改进湍流模型计算结果指出,当具体工况中剪切力湍动能生成项量级远大于浮升力湍动能生成项时,边界层过渡区内湍流普朗特数取值对计算结果有重要作用。超临界压力CO2在管内向上流动与换热时,在一定热流密度范围内会发生非稳定换热现象,非稳定换热现象的特征是壁温、出口温度及入口流量均呈现周期性振荡,振荡的频率约为0.05Hz。进出口压降升高,以及浮升力与流动加速耦合作用导致的流场扰动、失稳作用是造成超临界压力CO2管内非稳定换热现象的主要原因。场协同原理可以应用于超临界压力流体对流换热分析,速度场与温度梯度场的协同程度会影响流体对流换热强度,场协同程度变差时会导致超临界压力流体传热恶化。根据场协同原理将强化换热结构布置在贴近壁面20%半径区域,可以有效抑制超临界CO2管内传热恶化及非稳定换热现象发生。浮升力在周向非均匀热流条件下影响作用与均匀热流条件不同,截面上流体密度在绝热侧最高,加热侧最低,浮升力效应使得靠近加热侧流体剪切力湍动能生成项明显大于均匀热流形式。本文采用Grb/Reb2.7衡量浮升力在正弦热流形式下对换热的影响,当Grb/Reb2.7>5?10-5时,浮升力作用导致流体竖直管内加热侧传热恶化。