超临界压力流体管内流动与传热的研究具有重要学术价值和工程应用价值，围绕这一问题，本项目的主要研究内容和研究成果如下：（1）通过引入合理假设，进行数学推导，将边界层理论推广至超临界压力流体的变物性流动，提出了能考虑浮力效应和加速效应、适用于管内超临界压力流体混合对流传热分析与计算的理论数学模型，并分别针对积分边界层数学模型和微分边界层数学模型开发了相应的数值方法和计算程序。通过与不同学者的实验和数值研究结果进行比较，表明该计算模型高效准确，并且拓展了基于常物性流动传统k-ε两方程湍流模型的适用范围。（2）通过数学建模，对管内超临界流体的热声传热现象进行了初步理论研究，从物性参数随温度变化的角度，对相应的现象机理进行了定性分析。（3）在MATLAB工作环境下，将超临界压力流体的物性计算和传热计算与计算数据的处理和可视化分析耦合成一个有机整体，进而可高效准确快捷地对各种超临界流体管内对流传热关联式的预测性能进行评估，并分析各种影响因素对传热的影响规律。 此外，在本项目的资助下，立足跨临界循环装置中的螺旋管应用背景，对螺旋管内单相和两相流动的摩擦阻力计算进行了研究：（1）通过对已有螺旋管内单相湍流摩擦阻力计算公式和实验数据进行综合分析，提出了适用于计算粗糙螺旋管内整个湍流区单相摩擦系数的可靠经验公式。（2）提出一种新的无量纲参数，将气液两相流摩擦压降计算与该参数联系起来，建立了一种新的计算模型，通过与不同学者的螺旋管两相流摩擦压降实验数据和关联式进行比较分析，表明基于该计算模型建立的两相流压降关联式具有更好的适用性。 项目执行期间，发表论文6篇，申请发明专利1项，培养硕士研究生1名。 2100433B

超临界压力流体的传热具有特殊性，其根本原因是流体的热物理性质在拟临界区内会发生剧烈变化。在一定的热力条件下，超临界压力流体传热过程中还会产生由热声效应引起的压力振荡。变物性传热和热声振荡这两种本质上十分复杂的物理现象可以耦合在一起，研究这一问题既有挑战性又极有意义。本项目以超临界压力流体在圆管内的对流传热和在Rijke管内的自激热声振荡为研究对象，通过理论分析、数值模拟和实验，重点揭示管内超临界压力流体对流传热中浮力的影响机理、Rijke管内超临界压力流体自激热声振荡的形成机理、以及Rijke型传热管内超临界压力流体热声振荡和对流传热的耦合机理。本项目的研究成果可以为相关超临界压力流体高新技术的研究与开发提供科学依据，并且可促进传热理论和热声理论的进一步发展，具有重要的工程应用价值和学术价值。

大振幅热声波的对流换热是传热学领域尚未充分研究的问题。本项目将建立基于大功率脉冲加热技术的热声对流换热实验台，精确测量大振幅热声过程压力、速度及温度等参数和声音信号的变化规律以及热声波的传热效应；开发适用于大振幅热声波流动及传热数值模拟的高阶稳定离散格式和高效算法，对热声波的流动及传热过程进行数值模拟；在实验研究和数值模拟的基础上进行理论分析，建立大振幅热声波对流换热的简化数学模型，查清非线性效应对其流动和传热的影响。本项目的研究将拓展热声对流换热这一新的传热学研究方向，为热声技术的应用奠定理论基础。 2100433B

对流传热定义

对流传热系数α：在对流传热过程中由牛顿冷却定律定义热流密度q与ΔT成正比，比例系数即为对流传热系数（或给热系数）

α=q/ΔT，单位W/(㎡℃)

对流传热描述

依靠流体微团的宏观运动而进行的热量传递。这是热量传递的三种基本方式之一。化工生产中处理的物料大部分是流体，流体的加热和冷却都包含对流传热。在化工生产中，对流传热在习惯上专指流体与温度不同于该流体的固体壁面直接接触时相互之间的热量传递。而在实际的模型理论中确实采用膜理论，即在流体流动的一侧，如冷流体的液膜侧（或热流体的液膜侧或气膜侧）由于流体流动，会出现湍流区与层流区，膜理论认为对流传热过程主要受层流区阻力所控制。

这实际上是对流传热和热传导两种基本传热方式共同作用的传热过程。例如间壁式换热器中的流体与间壁侧面之间的热量传递，反应器中固体物料或催化剂与流体之间的热量传递，都是这样的传热过程。

对流传热类型

按流体在传热过程中有无相态变化，对流传热分两类：①无相变对流传热。流体在换热过程中不发生蒸发、凝结等相的变化，如水的加热或冷却。根据引起流体质点相对运动的原因，对流传热又分自然对流和强制对流。自然对流是由于流体内各部分密度不同而引起的流动（如散热器旁热空气的向上流动）；强制对流是流体在外力（如压力）作用下产生的流动。强制对流时流体流速高，能加快热量传递，因而工程上广泛应用。②有相变对流传热。流体在与壁面换热过程中，本身发生了相态的变化。这一类对流传热包括冷凝传热和沸腾传热。

也称换热系数。对流换热的强度依据牛顿冷却定律，其基本计算公式是：式中q为单位面积的固体表面与流体之间在单位时间内交换的热量,称作热流密度；T_w、T_f分别为固体表面和流体的温度；h称为传热系数,它表示在单位面积的固体表面上，当流体与固体表面之间的温度差为1K时，每单位时间内所传递的热量。h的大小反映对流换热的强弱,如上所述，它与影响换热过程的诸因素有关，并且可以在很大的范围内变化，所以牛顿公式只能看作是传热系数的一个定义式。它既没有揭示影响对流换热的诸因素与h之间的内在联系,也没有给工程计算带来任何实质性的简化，只不过把问题的复杂性转移到传热系数的确定上去了。因此，在工程传热计算中，主要的任务是计算h。计算传热系数的方法主要有实验求解法、数学分析解法和数值分析解法。