汪森林，李照志，邵應娟，鐘文琪

（東南大學能源熱轉換及其過程測控教育部重點實驗室，江蘇 南京 210096）

引 言

雙碳目標對我國現(xiàn)有的能源結構提出了新的要求，以超臨界水為工質的傳統(tǒng)蒸汽循環(huán)燃煤發(fā)電機組受到材料耐高溫耐腐蝕等因素的限制，其發(fā)電效率最高僅能達到47%[1]。相對于水，超臨界二氧化碳（S-CO2）具有能量密度大、化學性質穩(wěn)定、對應發(fā)電設備尺寸小、流動性與傳熱特性良好等優(yōu)勢，以CO2為工質的超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)燃煤發(fā)電系統(tǒng)作為一種新型燃煤發(fā)電系統(tǒng)，在解決材料耐高溫耐腐蝕問題的同時，有效減小了設備尺寸，結構更加緊湊。此外，相較于蒸汽朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)工質溫度在620～650℃時，其理論發(fā)電效率可達50%以上[2]。因此，采用超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)代替蒸汽朗肯循環(huán)能夠實現(xiàn)熱工高效轉換，具有廣闊的發(fā)展前景[3]。

在S-CO2布雷頓循環(huán)燃煤發(fā)電系統(tǒng)中，鍋爐設計過程面臨爐膛內(nèi)較高的溫度引起的受熱面溫度偏高與煙氣側煙氣需要跨越寬溫區(qū)等問題[3-4]，此外，在S-CO2啟動端，其熱力學狀態(tài)處于跨臨界區(qū)，使其熱物性發(fā)生劇烈變化，該特性容易導致傳熱惡化，引起局部壁面溫度的異常升高，甚至超溫爆管，對系統(tǒng)安全運行造成不利影響。因此，全面了解S-CO2在跨臨界區(qū)域傳熱流動的傳熱惡化發(fā)生的條件與機理，對超臨界布雷頓循環(huán)燃煤發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)安全運行與水冷壁的設計具有重要意義。

現(xiàn)有關于S-CO2管內(nèi)流動傳熱過程的傳熱特性的研究集中在壓力、質量流量、熱通量、管徑以及熱物性變化引起的浮升力效應與流動加速效應等因素。其中，實驗研究主要包括壓力、質量流量、熱通量與管徑等參數(shù)對傳熱特性的影響。Bae 等[5]研究在內(nèi)徑為6.32 mm 的垂直上升管內(nèi)，不同壓力對S-CO2傳熱特性的影響，結果表明，更高的壓力導致更高的壁溫和相應的更低的對流傳熱系數(shù)，但幾乎沒有改變對流傳熱系數(shù)的大小和范圍。隨著熱通量的增加，壁溫與對流傳熱系數(shù)的差異變得更加顯著。Kim 等[6]在內(nèi)徑9 mm，壓力分別為8.12 與8.85 MPa，質量流量為400 kg/(m2·s)工況下，進行熱通量對S-CO2傳熱特性的影響實驗，隨熱通量增大，壁面溫度升高，并出現(xiàn)了壁溫峰值，即從正常傳熱向傳熱惡化轉變，且壁溫峰值隨熱通量增大向靠近進口處移動。在壓力與熱通量均較高時，壁面溫度出現(xiàn)了兩個峰值。吳新明[7]在內(nèi)徑為10 mm 圓管內(nèi)，關于質量流量對S-CO2傳熱特性影響的實驗結果表明，低質量流量工況下，在進口處出現(xiàn)了明顯的壁溫峰值，對流傳熱系數(shù)出現(xiàn)了谷值，即發(fā)生了傳熱惡化，增大質量流量后，壁面溫度降低，且壁溫峰值消失，傳熱系數(shù)隨沿程變化出現(xiàn)微小的波動，即傳熱模式由傳熱惡化向正常傳熱轉變。Song 等[8]比較了S-CO2在內(nèi)徑為4.4 和9 mm 的兩個圓管內(nèi)垂直向上流動的傳熱行為；結果表明在9 mm 圓管內(nèi)觀察到明顯的壁溫峰值，發(fā)生了傳熱惡化，而在相同質量流量和熱通量下，4.4 mm 管內(nèi)，壁面溫度仍緩慢升高，未發(fā)生傳熱惡化。然而，Liao 等[9]在不同管徑內(nèi)開展S-CO2傳熱特性實驗得到了相反的結果：隨管徑增大，管內(nèi)對流傳熱系數(shù)先增大后減小。文獻[10-13]雖然報道了大量運行參數(shù)對S-CO2的影響，但主要集中于小管徑（0～6.5 mm），對于大管徑的研究較少。此外，由熱物性變化引起的浮升力效應與流動加速效應也對傳熱惡化有重要影響，而由于SCO2管內(nèi)傳熱特性實驗條件下測量難度較大，無法獲得其流場結構和S-CO2物性變化與其換熱性能的關系，通過數(shù)值模擬可以有效解決這一問題。Zhang 等[14]通過評估SSTk-ω、Standardk-ω、Standardk-ε等7種湍流模型對S-CO2垂直圓管流動傳熱特性模擬的準確性，結果顯示v2f 模型與SSTk-ω分別適用于低質量流量與一般質量流量工況。張良等[15]通過實驗與數(shù)值模擬的方法研究了垂直上升管內(nèi)S-CO2傳熱特性，分析了溫度、密度、比熱容、流速等截面參數(shù)變化對傳熱的影響，并從微觀層面解釋了傳熱惡化機理。莊曉如等[16]對垂直高溫吸熱管進行數(shù)值模擬，研究了浮升力效應與流動加速效應對傳熱特性的影響，發(fā)現(xiàn)在高熱通量下，浮升力效應可以忽略，而流動加速效應會明顯加劇傳熱惡化。Du 等[17]提出了變湍流Prandtl 數(shù)湍流模型，比較了包括正常傳熱與傳熱惡化的26 個實驗工況；結果表明，變湍流Prandtl 數(shù)模型能夠預測并再現(xiàn)傳熱惡化現(xiàn)象，在各種工況下具有較高的適用性。

準確預測傳熱惡化在工程應用方面具有重要意義，而運行參數(shù)是影響S-CO2管內(nèi)流動傳熱過程的主要因素，因此，專家學者將發(fā)生傳熱惡化的最低熱通量定義為臨界熱通量，并提出了相關預測關聯(lián)式[18-23]，而現(xiàn)有預測關聯(lián)式僅考慮了1～2個影響因素且多與質量流量呈線性關系。此外，由于適用的實驗工況范圍較窄，導致預測準確性差異較大。

本文針對現(xiàn)有臨界熱通量預測關聯(lián)式適用實驗工況窄、未綜合考慮其影響因素等問題造成的預測關聯(lián)式準確性差異較大的問題，開展S-CO2垂直上升管內(nèi)傳熱流動數(shù)值模擬研究，首先研究了壓力、質量流量、熱通量和管徑等運行參數(shù)對S-CO2垂直上升管內(nèi)壁溫與對流傳熱系數(shù)的影響規(guī)律，結合浮升力與流動加速效應揭示了不同運行參數(shù)下發(fā)生傳熱惡化的機理。然后，綜合寬范圍工況下的模擬結果，建立神經(jīng)網(wǎng)絡模型，提出了傳熱惡化臨界熱通量預測關聯(lián)式，力求提高預測傳熱惡化的準確性。本文研究結果可為S-CO2布雷頓循環(huán)燃煤發(fā)電系統(tǒng)換熱部件的設計與安全運行提供技術指導。

1 模型建立

1.1 物理模型及邊界條件

本文對垂直上升管周向加熱條件下的傳熱流動特性進行數(shù)值模擬研究，其幾何模型如圖1所示，實驗段總長度為3 m，為保證管內(nèi)流體充分發(fā)展，在進口段與出口段分別設置500 mm 的絕熱發(fā)展段以避免進、出口效應，采用均勻恒定熱流對實驗段加熱。

圖1 物理模型Fig.1 Physical model

采用FLUENT軟件進行數(shù)值模擬。進口邊界條件設置為質量流量進口,出口設置為壓力出口,加熱段設置為恒定熱通量,進出口的發(fā)展段均設置為絕熱邊界。CO2物性由NIST 軟件導入。采用SIMPLE算法對速度與壓力耦合進行計算處理，采用二階迎風格式計算動量方程與能量方程，方程收斂殘差均設置為10-6。

1.2 控制方程

根據(jù)Zhang 等[14]對不同湍流模型的評估結果，本文采用SSTk-ω湍流模型對S-CO2管內(nèi)傳熱流動過程進行數(shù)值模擬，其控制方程主要包括連續(xù)性方程[式(1)]、動量守恒方程[式(2)]、能量守恒方程[式(3)]、湍動能方程[式(4)]以及比耗散率方程[式(5)]。

式中，u為速度矢量；ρ為工質流體的密度；p為壓力；g為重力加速度；μ為黏性系數(shù)；μt為湍流黏性系數(shù)；Pr為Prandtl數(shù)；Prt為湍流Prandtl數(shù)；Gk為由速度梯度產(chǎn)生的湍動能；Yk、Yω分別為由于湍流產(chǎn)生的k、ω的損耗；Gω為ω的產(chǎn)生項；Dω為交叉擴散項；σk、σω分別為湍動能與耗散率對應的Prandtl數(shù)。

1.3 網(wǎng)格劃分及無關性驗證

根據(jù)張宇等[24]和朱兵國[25]的研究結果，S-CO2垂直上升管流動傳熱過程，可簡化為二維軸對稱模型。本文將計算模型簡化為二維軸對稱模型，采用ICEM-CFD 軟件進行網(wǎng)格劃分。為滿足湍流模型的計算要求，令壁面第一層網(wǎng)格厚度為1×10-5m，邊界層加密比例為1.1，以保證近壁面第一層網(wǎng)格的無量綱厚度y+小于1。

對七種不同網(wǎng)格數(shù)的網(wǎng)格模型進行計算，比較不同網(wǎng)格數(shù)下，加熱段沿程壁面溫度變化，如表1 所示。Case 5 與Case 7 的最大壁溫偏差為0.03%，因此，本文同時考慮到計算精度與計算時長的因素，選擇網(wǎng)格數(shù)為156100 個的網(wǎng)格進行后續(xù)的研究。

表1 網(wǎng)格無關性驗證結果Table 1 Verification for grid independence

2 模型驗證

為保證本文數(shù)值模擬方法的準確性，對張良等[15]與朱兵國[25]的實驗工況進行數(shù)值模擬并與實驗結果進行對比，選取工況如表2所示。

表2 模型驗證工況Table 2 Model verification conditions

結果如圖2所示，從計算結果可以看出，實驗與數(shù)值模擬所得結果相一致，且最大誤差不超過10%，因此，本文采用的數(shù)值模擬方法可以用于S-CO2管內(nèi)傳熱流動特性研究。

圖2 模型計算結果與文獻數(shù)據(jù)對比Fig.2 Comparisons between numerical results and experimental data

3 結果與討論

3.1 運行參數(shù)的影響

3.1.1 壓力的影響 圖3所示為質量流量400 kg/(m2·s),熱通量60 kW/m2,內(nèi)徑10 mm 的垂直上升管內(nèi)，不同壓力下S-CO2管內(nèi)流動傳熱過程壁溫與對流傳熱系數(shù)的沿程分布情況（其中，x為沿程距進口的距離，d為管徑）。

從圖3 中可以看出，當壓力為11.07 MPa 時，沿程壁溫分別在x/d=25 與x/d=80 處存在兩個峰值，壓力升高至14.78 MPa，壁溫峰值只存在于進口處，且向遠離進口方向移動至x/d=40 處，進一步提高壓力到18.45與22.14 MPa，壁溫峰值消失，傳熱惡化轉變?yōu)檎鳠?。在x/d＞100 后，壁溫均隨沿程增加而緩慢增大，且壁溫隨壓力升高而升高。對流傳熱系數(shù)則與壁溫呈現(xiàn)相反的趨勢，在11.07 與14.78 MPa工況下壁溫峰值對應位置出現(xiàn)谷值。18.45 與22.14 MPa工況下，在x/d＜100時，對流傳熱系數(shù)隨沿程增大而減小，x/d＞100后趨于穩(wěn)定且隨壓力升高而減小。這一結果與Xu 等[26]的實驗結果相一致。壓力接近臨界壓力時，由于S-CO2熱物性在擬臨界溫度會發(fā)生劇烈變化，導致壁溫急劇升高，出現(xiàn)局部壁溫峰值，隨壓力升高，擬臨界溫度升高，使得壁溫峰值向遠離進口方向移動，此外，S-CO2比熱容與黏度等熱物性變化隨壓力升高趨于平緩，使傳熱過程趨于穩(wěn)定，這也是在高壓力工況下未出現(xiàn)壁溫峰值的原因，這表明，提高壓力可以降低傳熱惡化程度，甚至消除傳熱惡化。

圖3 壓力的影響Fig.3 Effect of pressure

3.1.2 質量流量的影響 圖4所示為壓力22.14 MPa、熱通量60 kW/m2、內(nèi)徑10 mm 的垂直上升管內(nèi)，不同質量流量下S-CO2管內(nèi)流動傳熱過程壁溫與對流傳熱系數(shù)的沿程分布情況。

圖4 質量流量的影響Fig.4 Effect of mass flux

從圖中可以看出，隨質量流量增大，壁溫降低，對流傳熱系數(shù)增大。質量流量為400 kg/(m2·s)時，沿程壁溫分別在x/d=25 與x/d=75 處存在兩個峰值，對流傳熱系數(shù)在對應位置出現(xiàn)兩個谷值。當質量流量增大至450 kg/(m2·s)時，沿程壁溫峰值減少為一個，且壁溫峰值相較400 kg/(m2·s)時的第一個峰值向遠離進口處移動，對流傳熱系數(shù)在對應位置出現(xiàn)谷值。隨質量流量繼續(xù)增加至500與550 kg/(m2·s)時，壁溫隨沿程增大而緩慢升高，且未出現(xiàn)壁溫峰值，對流傳熱系數(shù)先減小后趨于穩(wěn)定。這一結果與王振川[27]的實驗結果相一致。增大質量流量，使得S-CO2的湍流擴散速率增大，增強了其傳熱性能，導致壁面溫度降低，對流傳熱系數(shù)增大。此外，增大質量流量也減小了壁面邊界層厚度，降低了熱阻，從而進一步增強了其傳熱性能。這表明，增大質量流量，可以降低傳熱惡化程度，甚至消除傳熱惡化。

3.1.3 熱通量的影響 圖5 所示為壓力22.14 MPa、質量流量500 kg/(m2·s)、內(nèi)徑10 mm 的垂直上升管內(nèi)，不同熱通量下S-CO2管內(nèi)流動傳熱過程壁溫與對流傳熱系數(shù)的沿程分布情況。

圖5 熱通量的影響Fig.5 Effect of heat flux

從圖中可以看出，隨熱通量增大，壁溫升高，對流傳熱系數(shù)減小，這與朱兵國等[28]的實驗結果相一致。熱通量為50 kW/m2時，壁溫隨沿程緩慢升高，對流傳熱系數(shù)先減小而后趨于穩(wěn)定。當熱通量增加至100 kW/m2，壁溫相對50 kW/m2工況下升高，仍隨沿程增大緩慢升高，對流傳熱系數(shù)緩慢減小。進一步提高熱通量至150 kW/m2，沿程壁溫在x/d=25處出現(xiàn)峰值，在x/d＞50 后隨沿程增加緩慢升高。對流傳熱系數(shù)在對應位置出現(xiàn)谷值，并在x/d＞50 后隨沿程增加緩慢減小。當熱通量提高至200 kW/m2，沿程壁溫分別在x/d=15 與x/d=75 處出現(xiàn)兩個壁溫峰值，在x/d＞100 后，壁溫隨沿程增加緩慢升高。對流傳熱系數(shù)在對應位置分別出現(xiàn)兩個谷值，并在x/d＞100后隨沿程增加緩慢減小。在150與200 kW/m2工況下發(fā)生傳熱惡化現(xiàn)象的原因在于較大的熱通量使得近壁面流體溫度急劇升高，流體徑向密度分布不均勻引起浮升力效應以及體積膨脹引起流動加速效應，湍流強度降低，導致湍流層流化，從而削弱傳熱性能。這表明，提高熱通量會加劇傳熱惡化。

3.2 管徑的影響

圖6 所示為壓力22.14 MPa，質量流量400 kg/(m2·s),熱通量95 kW/m2的垂直上升管內(nèi)，不同管徑下S-CO2管內(nèi)流動傳熱過程壁溫與對流傳熱系數(shù)的沿程分布情況。

圖6 管徑的影響Fig.6 Effect of diameter

從圖中可以看出，隨管徑增大，壁溫降低，而對流傳熱系數(shù)變化較小。管徑為4 mm時，隨沿程增加壁溫緩慢升高，對流傳熱系數(shù)先減小然后趨于穩(wěn)定。增大管徑至6 mm 時，沿程壁溫在x/d=30 處出現(xiàn)壁溫峰值，在x/d＞50 后隨沿程增大而緩慢升高，對流傳熱系數(shù)在對應位置出現(xiàn)谷值，隨后在x/d＞50后隨沿程增大先減小然后趨于穩(wěn)定。進一步增大管徑到8 與10 mm，發(fā)現(xiàn)二者沿程壁溫較為接近，8 mm 管徑下壁溫峰值出現(xiàn)在x/d=30處，而10 mm 管徑壁溫峰值出現(xiàn)在x/d=25 處，且峰值溫度略高于8 mm 管徑，對流傳熱系數(shù)分別在對應位置出現(xiàn)谷值，在x/d＞50 后，二者對流傳熱系數(shù)均隨沿程增加而減小，且8 mm 管徑下的對流傳熱系數(shù)略高于10 mm 管徑。值得注意的是，4 mm 管徑下，雖未發(fā)生傳熱惡化，對流傳熱系數(shù)仍存在波谷，這是由于管徑較小時，浮升力作用更為顯著。此外，進口邊界條件均設置為質量流量，小管徑則具有更大流速，流動加速效應增強，且浮升力與流動加速效應在垂直上升管內(nèi)方向相同，削弱了傳熱，使得對流傳熱系數(shù)減小。增大管徑，一方面，增大了S-CO2對流換熱面積，使得換熱增強；另一方面，由于浮升力作用，傳熱性能得到削弱。在二者的綜合作用下，增大管徑削弱了傳熱性能。

3.3 浮升力與流動加速的影響

浮升力與流動加速效應通過改變管內(nèi)流場結構對S-CO2的傳熱特性產(chǎn)生重要影響，本文采用Jackson 等[29]與McEligot 等[30]提出的判據(jù)，研究不同運行參數(shù)下浮升力與流動加速對垂直上升管內(nèi)SCO2傳熱特性的影響。浮升力特征數(shù)(Bu)與流動加速特征數(shù)(Kv)表達式如下：

其中：

式中，Bu的閾值為10-5，Kv的閾值為3 × 10-6。

3.3.1 浮升力的影響 圖7給出了不同運行參數(shù)下Bu隨沿程的分布情況。從圖7（a）中可以看出，在x/d＜100 區(qū)域內(nèi)，Bu隨壓力升高而減小，而在x/d＞100區(qū)域則出現(xiàn)相反的趨勢。圖7（b）所示為質量流量對Bu的影響，隨質量流量增大，Bu減小，且在大質量流量下，Bu變化量減小。從圖7（c）中可以看出，隨熱通量增大，Bu逐漸出現(xiàn)峰值，且更為顯著，并向靠近進口處移動。圖7（d）所示為管徑對Bu的影響，隨管徑增大，Bu增大，且峰值向遠離進口處移動。值得注意的是，雖然所有工況下Bu均大于閾值，但傳熱惡化工況下，Bu峰值在沿程位置上與壁溫峰值相對應，這表明傳熱惡化能夠通過浮升力效應反映，但其閾值的確定仍需進一步研究。

圖7 運行參數(shù)對Bu的影響Fig.7 Effect of operating parameters on Bu

3.3.2 流動加速的影響 圖8給出了不同運行參數(shù)下Kv隨沿程的分布情況。從圖中可以看出，隨壓力升高Kv增大，且在不同壓力下，Kv均隨沿程增加而減小。隨質量流量增大，Kv減小，且在不同質量流量下，Kv均隨沿程增加而減小。隨熱通量增大，Kv增大，且在200 kW/m2工況下，Kv隨沿程增加先減小后增大，其余工況下，Kv均隨沿程增加而減小。與熱通量相反，Kv隨管徑增大而減小，且在4 mm 工況下，Kv隨沿程增加先減小后增大，其余工況下，Kv均隨沿程增加而減小。此外，在所有工況下，Kv均低于閾值，這表明在垂直上升管內(nèi)，流動加速效應對S-CO2管內(nèi)對流傳熱過程的影響可以忽略。

圖8 運行參數(shù)對Kv的影響Fig.8 Effect of operating parameters on Kv

3.4 傳熱惡化預測關聯(lián)式

為準確預測S-CO2管內(nèi)傳熱行為，本文基于數(shù)值模擬計算結果（工況范圍如表3 所示），采用TensorFlow 機器學習庫建立深度神經(jīng)網(wǎng)絡模型（DNN），如圖9 所示，計算模型包含輸入層、隱藏層與輸出層。輸入層為壓力、質量流量與管徑等運行參數(shù)，輸出層為臨界熱通量，其算法為：

圖9 神經(jīng)網(wǎng)絡結構Fig.9 Neural network structure

表3 數(shù)值模擬計算工況Table 3 Numerical simulation calculation conditions

式中，qCHF為臨界熱通量；x為輸入向量；Hi為隱藏層單元；w0,i為權重系數(shù)；b0為偏差參數(shù)。

計算收斂后所得臨界熱通量預測關聯(lián)式如下：

對于給定工況下的實際熱通量，可以根據(jù)以下方式判斷預測的正確性：

（1）若給定工況為非傳熱惡化工況，且預測熱通量大于實驗熱通量，則視為判斷正確，反之則視為判斷錯誤；

（2）若給定工況為傳熱惡化工況，且預測熱通量小于實驗熱通量，則視為判斷正確，反之則視為判斷錯誤。

定義預測準確率為：

式中，N為實驗工況點總數(shù)；n為判斷正確工況總數(shù)。

本文根據(jù)Duffey等[31-32]提出的傳熱惡化定義，若壁面出現(xiàn)峰值則為傳熱惡化，否則為正常傳熱。通過收集現(xiàn)有文獻[5-6,11,13-26,27-44]中實驗數(shù)據(jù)用于驗證本文提出關聯(lián)式的準確性，所有實驗數(shù)據(jù)均來自垂直上升管。壓力范圍為7.5～21.14 MPa，質量流量范圍50～2716 kg/(m2·s)，管徑為0.27～22 mm，熱通量為2.9～549 kW/m2，共337個工況點。其中，傳熱惡化工況點211 個，非傳熱惡化工況點126 個,結果如表4、圖10所示。

表4 預測關聯(lián)式準確性Table 4 Accuracy of correlations

圖10 預測關聯(lián)式與實驗值比較Fig.10 Comparison between correlation and experimental data

從表4中可以看出，Shiralkar 等[18]準確預測傳熱惡化工況，但非傳熱惡化工況預測準確性較低；Grabezhnaya 等[20]與Cheng 等[21]提出的關聯(lián)式則只能準確預測非傳熱惡化工況，均過于保守。Kline 等[22]提出的關聯(lián)式由于考慮了管徑的影響，其準確度較高。本文綜合考慮壓力、質量流量、管徑與臨界熱通量的關系提出的預測關聯(lián)式具有94.96%的準確度，且在兩類工況下的預測中均有較高的準確性，因此，可以用于預測S-CO2管內(nèi)傳熱流動過程的傳熱行為。

4 結 論

本文對S-CO2鍋爐內(nèi)垂直上升管的流動傳熱特性開展數(shù)值模擬研究，分析了壓力、質量流量、熱通量以及管徑等運行參數(shù)對壁面溫度與對流傳熱系數(shù)的影響，討論了浮升力與流動加速效應對傳熱的影響，并提出新的臨界熱通量預測關聯(lián)式，得出以下結論。

（1）對于S-CO2垂直上升管內(nèi)流動傳熱過程，提高壓力與質量流量，沿程壁溫峰值向遠離進口方向移動，其數(shù)值逐漸減少并消失，傳熱惡化程度降低；提高熱通量與管徑，壁面溫度升高，對流傳熱系數(shù)減小，壁溫峰值逐漸增加且壁溫峰值向進口方向移動，傳熱惡化程度加劇。

（2）對于S-CO2垂直上升管內(nèi)流動傳熱過程，浮升力效應對傳熱惡化具有顯著作用，而流動加速效應對其傳熱特性的影響可以忽略。

（3）綜合考慮壓力、質量流量、管徑與臨界熱通量的關系，本文提出臨界熱通量的預測關聯(lián)式，準確度達到94.96%，可用于預測S-CO2管內(nèi)傳熱流動過程的傳熱行為。

符 號 說 明

cp——比定壓熱容，kJ/(kg·K)

G——質量流量，kg/(m2·s)

Gr——Grashof數(shù)

H——隱藏層單元

h——對流傳熱系數(shù)，kW/(m2·K)

r——實驗段圓管半徑，m

w——權重系數(shù)

下角標

b——主流

cal——計算值

exp——實驗值

w——壁面