超临界区域流体传热模化理论及验证方法研究

超临界水传热特性研究因超临界水冷堆的研发而受到广泛关注。超临界水的传热实验研究由于高温高压技术及费用问题受到极大的制约。采用模化流体进行传热实验旨在大幅度降低压力、温度以及加热功率，是现有可行和广泛采用的方法，但目前尚缺乏模化流体与超临界水传热数据之间的"联系桥梁"，即缺乏可靠的超临界流体传热模化理论（Fluid-to-Fluid Scaling）及其验证方法。本项目针对竖直向上流动加热管内超临界流体传热模化理论开展研究，从基本的流动传热守恒方程出发，结合超临界流体的物性特征，建立超临界流体传热模化准则以及模化准则验证方法。利用两套超临界流体实验系统获取的传热实验数据结合国际上现有的其他超临界流体实验，建立多流体传热实验数据库，开发数据拟合方法，进行模化方法验证。本项目的研究旨在为超临界水冷堆传热模化分析提供理论依据与验证方法，为后续实验研究和工程应用提供技术支持。

超临界水的传热实验研究由于高温高压技术及费用问题受到极大的制约。采用模化流体进行传热实验旨在大幅度降低压力、温度以及加热功率，但目前尚缺乏模化流体与超临界水传热数据之间的“联系桥梁”，即缺乏可靠的超临界流体传热模化理论（Fluid-to-Fluid Scaling）及其验证方法。本项目以竖直向上流动加热管内超临界流体传热现象为研究对象，在模化理论研究方面，从基本守恒方程出发，结合超临界流体的物性特征，建立超临界流体传热模化准则以及模化方法；在验证方法研究方面，利用不同超临界流体实验系统获取的传热实验数据以及传热关系式，提出实验数据拟合方法，进行模化方法的检验。.在实验数据库方面，采用氟利昂、二氧化碳为模化流体、超临界水为原型流体对竖直向上流动加热管内超临界流体传热特征进行模化实验研究，实现了超临界流体传热模化实验数据的获取与实验数据的搜集，在国际上较早的建立了超临界模化流体实验数据库。.在理论推导方面，通过对质量、能量、动量、壁面传热守恒方程的无量纲化，推导得出以下实验参数（实验过程中便于进行调节）的模化准则数：几何尺寸（管道直径）模化准则数、压力模化准则数、主流温度模化准则数其中、流体质量流密度模化准则数、加热热流密度模化准则数、传热系数模化准则数。这为超临界流体模化理论及次临界压力下其他传热现象的模化研究提供新的科学思路。.在模化理论验证方面，本课题提出两中不同的验证方法。间接法：通过对原型流体（或模化流体）传热关系式计算得到传热系数值与模化流体（或原型流体）的实验值进行比较，从而验证模化方法的可行性。直接法：由于不存在完全对应的两组不同超临界流体的传热实验数据，故对原型流体或模化流体的部分实验参数根据超临界流体传热规律进行修正后，采用修正后的实验数据和传热系数进行模化验证。这为超临界流体传热现象的理论分析和模化研究提供了新的研究方法。.本项目已经按照任务书的要求完成了项目研究工作，已在国外SCI期刊发表研究论文4篇，接收SCI期刊论文1篇，在投SCI期刊文章1篇，国际国内会议论文3篇，在投2篇。培养博士研究生1名，硕士研究生2名。.