超临界CO2由于其优异的热物性和环保性,被广泛应用在跨临界循环的热力系统中。其中,跨临界CO2朗肯循环是一种具有良好应用前景的低品位余热回收技术,既能提高能源利用效率又降低发电成本。跨临界CO2朗肯循环系统在拟临界点附近运行时,流体热物性的剧烈非线性变化所产生传热恶化、不稳定流动等复杂现象,是影响系统安全和能量转化效率的关键。目前关于超临界CO2的研究主要集中在稳定的传热恶化方面,仅有少数关于超临界CO2在竖直管内的流动不稳定性研究,特别是关于余热回收系统中低热流密度工况下超临界CO2的传热与流动不稳定性鲜有学者研究。基于以上背景,本文实验研究了超临界CO2在竖直管内的流动不稳定性,并数值模拟了超临界CO2在竖直管和水平管内受热后的瞬态响应特性。首先通过实验研究了超临界CO2在竖直向上流动中的传热恶化和流动不稳定性,分析了热流密度、质量流量、压力以及进口温度对传热恶化和流动不稳定性的影响。具体工况如下:质量流率为315～477 kg/m~2·s,压力为7.5～8.5 MPa,进口温度为10～20℃,热流密度为53～92 k W/m~2。结果表明,当热流密度超过临界恶化热流密度时,超临界CO2在管内的流动传热状态会发生变化:从稳定状态转变为振荡状态,系统压力、质量流量、壁面温度以及出口流体温度均会出现周期性振荡。还发现超临界CO2的振荡现象是发生在传热恶化与传热恢复的过程中。在振荡阶段,随热流密度、压力、进口温度以及质量流量增加,超临界CO2的流动逐渐从振荡趋于稳定。而在相同条件下,向下流动中未出现任何振荡现象,说明在浮升力作用下引起传热模式的改变是导致超临界CO2在管内发生振荡的主要原因。目前关于超临界流体的不稳定研究主要通过实验进行,无法获得超临界流体受热后的瞬态响应机理以及内部的温度场和密度场的瞬态分布。为获得超临界CO2受热后的某一瞬态的动态响应特性,本文通过数值模拟研究了超临界CO2在竖直向上和水平流动中的流动与传热的瞬态响应。研究了压力、质量流量、热流密度以及进口温度对超临界CO2在瞬态流动与传热过程的影响。模拟压力为8～10 MPa,质量流量为3.5～10 g/s,热流密度为5～60 k W/m~2。结果表明:在受热初期,超临界CO2在竖直管和水平管都会出现振荡现象（第一阶段）;振荡结束后,经过瞬态对流过程后达到稳态（第二阶段）。受热初期产生的热声振荡现象是由于超临界CO2的密度随温度升高而减小引起流体发生热膨胀导致,而未受热冷流体存在惯性,在管内压力扰动作用下形成了压力波,进而引起流体速度变化。此外,管内压力、速度和温度均出现周期性振荡,且管内压力越接近临界压力,其振幅越大;热流密度、质量流量、进口温度越大,管内压力、速度、温度等参数的振荡幅值越大,而频率基本不受影响。