超/近临界流体微尺度热对流结构与尺度效应研究

摘要

近年来,微尺度化工萃取与合成、能源利用、机械工艺过程等等领域的迅速发展都对相应的尺寸下能量、质量的输运提出了更高的要求.超临界CO2流体作为新型的替代性环保流体和工作介质,因其优良的热物理特性在相关领域也有广泛的应用潜力.本研究采用了数值计算的方法对近邻界CO2流体在微通道内流动稳定性和换热特性进行了系列的探索.研究发现,微尺度条件下超/近临界流体在微小热扰动的条件下会产生局部漩涡流动,这种微扰稳定性在有重力和微重力条件下均会发生.这种稳定性被归结于一种新的条件下的Kelvin-Helmholtz稳定性情景,同时其近临界物性变化与重力相互作用,又使得具体的热对流结构呈现出不同于一般流体的微观特点.鉴于微尺度搅拌和混合传热的困难,本研究提供了一种新的微尺度强化混合与传热的可能性.