超临界CO2微通道换热器研究进展

黄俊杰1,4，韩增孝1,2，郭江峰1,2,3,4，淮秀兰1,4(1 中国科学院工程热物理研究所;2 中国科学院大学工程科学学院;3 英国伦敦帝国理工学院化学工程系;4 南京未来能源系统研究院)

摘要：在“3060双碳目标”背景下,能源高效输运与合理利用是实现碳中和的重要路径之一,而换热器在能量输运与转换中的作用至关重要。相较于传统换热器,微通道换热器在维持同等换热能力的同时,大幅减小了体积,极大提高了传热效率,在很多重要领域均有应用。超临界CO2 (S-CO2)发电系统、跨临界热泵和制冷系统等因环境友好和效率高等优势,在“双碳目标”背景下具有重要的应用前景。S-CO2物性剧烈变化以及系统对高温高压的要求,对换热器设计、耐高温高压、高紧凑和高效率都提出巨大挑战,成为科学界和工业界研究的热点话题,且近几十年相关研究也取得了重要进展。为了全面回顾微通道换热器在S-CO2系统中的研究进展,本文从S-CO2的传热流动特性出发,分析了管内S-CO2换热的影响因素与现有微通道换热器对S-CO2系统的适用性。重点论述了印刷电路板式换热器(PCHE)不同结构形式及设计优化方法,最后讨论了PCHE的优化对整个S-CO2系统的性能提升的影响。本文对S-CO2微通道换热器进行了全面的论述,可为以CO2或其它超临界工质为媒介的能源动力系统换热器的选型、设计和优化提供重要参考。

关键词　微通道换热器;印刷电路板式换热器;优化设计;强化换热;超临界CO2