湍流普朗特数模型对水平圆管内sCO2传热预测的影响

《湍流普朗特数模型对水平圆管内sCO2传热预测的影响》是一篇探讨在水平圆管中，使用不同湍流普朗特数模型对超临界二氧化碳（sCO2）传热特性进行预测影响的论文。该研究针对当前在高温高压条件下sCO2流动和传热过程中的复杂现象，分析了不同湍流模型对传热系数计算结果的影响，旨在提高对sCO2在工业应用中传热性能的预测准确性。

普朗特数（Prandtl number, Pr）是流体力学中一个重要的无量纲参数，它反映了动量扩散与热量扩散之间的相对关系。对于sCO2而言，由于其物性在临界点附近随温度和压力的变化非常显著，传统的常物性假设难以准确描述其流动和传热行为。因此，如何合理选择或构建适用于sCO2的湍流普朗特数模型，成为提升数值模拟精度的关键问题之一。

本文首先回顾了现有的湍流普朗特数模型，包括常数模型、基于雷诺应力的模型以及结合经验公式的模型等，并分析了它们在sCO2流动条件下的适用性。通过对比实验数据与数值模拟结果，研究发现，采用不同的普朗特数模型会导致传热系数的预测值出现显著差异，这表明普朗特数模型的选择对传热预测具有重要影响。

在研究方法方面，作者采用了计算流体力学（CFD）方法，结合多组实验数据验证了不同普朗特数模型的预测能力。研究对象为水平圆管内的sCO2流动，工况范围涵盖了从亚临界到超临界状态的不同压力和温度条件。通过建立合理的物理模型和边界条件，作者对sCO2在不同工况下的传热行为进行了系统分析。

研究结果表明，在sCO2流动过程中，普朗特数的变化对传热性能有显著影响。特别是在接近临界点的区域，由于物性参数的剧烈变化，传统常数模型无法准确反映实际的传热特性。相比之下，基于经验公式或理论推导的变普朗特数模型能够更有效地捕捉sCO2的传热行为，从而提高预测精度。

此外，论文还探讨了不同湍流模型（如k-ε模型、k-ω模型和雷诺平均纳维-斯托克斯方程RANS模型）与普朗特数模型的耦合效应。研究表明，将变普朗特数模型引入到湍流模型中，可以有效改善对sCO2流动和传热过程的模拟效果，尤其是在高雷诺数和高压力条件下。

该论文的研究成果对sCO2在能源、化工、航空航天等领域的应用具有重要意义。随着全球对清洁和高效能源技术的需求增加，sCO2作为一种新型工质，正在被广泛应用于发电、制冷和热能回收等领域。然而，由于sCO2的物性复杂性和流动传热机制的特殊性，其工程应用仍面临诸多挑战。本文的研究为sCO2传热预测提供了新的思路和方法，有助于推动相关技术的发展。

综上所述，《湍流普朗特数模型对水平圆管内sCO2传热预测的影响》是一篇具有较高学术价值和技术指导意义的论文。通过对不同普朗特数模型的比较分析，研究揭示了模型选择对sCO2传热预测的重要影响，并提出了改进模型的方法，为后续研究和工程应用提供了坚实的理论基础。