超临界CO2水平细微管内层流流动与换热数值模拟研究

"超临界CO2水平细微管内层流流动与换热的数值模拟 (2005年)" 这篇2005年的科研论文详细探讨了超临界二氧化碳（CO2）在水平细微管内的层流流动和换热特性。通过对超临界CO2在直径小于1.0mm的细微管中的流动进行数值模拟，研究人员揭示了在冷却和加热条件下，流体的速度和温度剖面以及Nusselt数（衡量对流换热效率的参数）随流体温度的变化规律。 研究指出，当超临界CO2在水平细微管内流动时，由于其热物理性质随着温度的剧烈变化，浮升力的作用变得极为显著。这种浮升力导致了强化的管内换热效果。此外，由于流体的强非线性热物理性质，只要流体与管壁之间存在温度差，速度和无量纲温度分布就会持续变化，使得充分发展的流动状态无法实现。这些发现对于设计和优化基于超临界CO2的高效紧凑型换热器具有重要的指导价值。 超临界CO2作为一种工质，在21世纪的汽车空调和热泵系统中有着广泛的应用前景。考虑到其工作压力高（约为7.4至12MPa）和对换热器轻量化、小型化的需求，跨临界CO2循环中的气体冷却器通常采用微通道结构，其中管道内径可小至0.79mm。然而，超临界流体的热物性随温度的剧烈变化使得其热质交换现象比单相流体更为复杂。 以往的研究主要集中在大管径（d>2.0mm）的对流换热或竖直细微管内的层流和湍流换热。相比之下，水平管内的流动由于存在密度差导致的二次环流，需要采用三维方法进行模拟，增加了计算的复杂性。论文采用了数值模拟的方法，克服了这一难题，深入研究了超临界CO2在水平细微管内的流动和换热行为。 该研究采用了数学模型，考虑了超临界CO2在特定管径下的流动情况，并通过数值计算得到了流动和换热的关键数据。这些数据对于理解超临界流体在微尺度通道中的行为至关重要，也为相关工程应用提供了理论基础。此外，该研究还强调了数值模拟在解决此类复杂问题中的重要性，为未来的研究者提供了一种有效的分析工具。