微小尺度通道內(nèi)超臨界甲烷傳熱特性研究

李 輝，汝卓霖，鄒正平,3，周雙釗

（1.北京航空航天大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院航空發(fā)動(dòng)機(jī)氣動(dòng)熱力國(guó)家級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100191；2.中國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)研究院先進(jìn)航空動(dòng)力創(chuàng)新站，北京 101304；3.北京航空航天大學(xué)航空發(fā)動(dòng)機(jī)研究院，北京 100191）

以低溫燃料作為冷卻介質(zhì)，利用毛細(xì)管式預(yù)冷器對(duì)滯止來(lái)流進(jìn)行預(yù)先冷卻的強(qiáng)預(yù)冷技術(shù)是解決高馬赫數(shù)飛行時(shí)進(jìn)氣高溫問(wèn)題的有效途徑之一［1?3］。相對(duì)于液氫及航空煤油等常用燃料冷劑，液態(tài)甲烷不僅沒(méi)有“氫脆”問(wèn)題、存儲(chǔ)密度大，還具備較高熱值和冷卻能力，是預(yù)冷型膨脹循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)及燃料預(yù)冷渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)等動(dòng)力方案的理想冷劑類型［4］。但是，由于液態(tài)甲烷的使用壓力一般高于臨界壓力（4.59 MPa），其在吸熱升溫過(guò)程中會(huì)跨過(guò)擬臨界溫度成為超臨界流體。區(qū)別于常規(guī)流體，超臨界甲烷在擬臨界點(diǎn)附近存在劇烈的物性變化，將導(dǎo)致特殊的對(duì)流傳熱現(xiàn)象。因此，針對(duì)微小尺度通道內(nèi)超臨界甲烷傳熱特性進(jìn)行深入研究并提出相應(yīng)的傳熱預(yù)測(cè)模型，對(duì)于發(fā)展碳?xì)淙剂项A(yù)冷器精細(xì)化設(shè)計(jì)具有重要意義。

超臨界流體傳熱特性的研究對(duì)象最初主要集中在水、二氧化碳以及航空煤油等介質(zhì)，且相應(yīng)換熱過(guò)程被大致分為傳熱強(qiáng)化、正常傳熱以及傳熱惡化三部分［5?7］。鑒于液氧甲烷火箭發(fā)動(dòng)機(jī)再生冷卻技術(shù)的迫切需求，超臨界甲烷在超高熱流密度條件下的 傳熱研究逐漸引起廣 泛關(guān)注［8］。Wang 等［9?10］利用數(shù)值方法探究了超臨界甲烷在2 mm 圓管通道內(nèi)的湍流傳熱性能，發(fā)現(xiàn)較高熱流密度條件下流體的強(qiáng)物性變化導(dǎo)致了局部的換熱惡化。康玉東等［11］同樣對(duì)再生冷卻通道內(nèi)超臨界甲烷傳熱特性進(jìn)行了數(shù)值研究，發(fā)現(xiàn)甲烷物性在通道截面上出現(xiàn)極值且流場(chǎng)存在分層，阻礙了熱量傳遞。Ricci等［12］結(jié)合數(shù)值和實(shí)驗(yàn)方法研究了方形冷卻通道內(nèi)的熱分層及傳熱惡化現(xiàn)象，并指出降低系統(tǒng)壓力將進(jìn)一步減小甲烷的換熱能力。Gu 等［13］則針對(duì)1.6 mm 內(nèi)徑的圓形再生冷卻通道進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，質(zhì)量流率為6 000～150 000 kg/（m2·s），熱流密度范圍為1～16 MW/m2。他們指出在較低質(zhì)量流率及高熱流密度條件下，低溫甲烷的跨臨界流動(dòng)會(huì)產(chǎn)生傳熱惡化，但相反條件下則會(huì)出現(xiàn)換熱強(qiáng)化現(xiàn)象。此外，Han 等［14］利用數(shù)值方法研究了恒壁溫條件下10 mm 圓管內(nèi)超臨界甲烷的非均勻流動(dòng)與換熱現(xiàn)象，同樣發(fā)現(xiàn)在擬臨界溫度附近流體的對(duì)流換熱系數(shù)達(dá)到峰值。

綜上所述，盡管目前針對(duì)超臨界甲烷的對(duì)流傳熱特性已有初步研究，但多數(shù)基于數(shù)值模擬方法，且現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)管道直徑較粗、熱流密度及質(zhì)量流速等邊界條件遠(yuǎn)高于預(yù)冷器實(shí)際工況，無(wú)法為碳?xì)淙剂项A(yù)冷器設(shè)計(jì)提供支撐。因此，本文搭建了微小尺度通道內(nèi)超臨界甲烷傳熱特性實(shí)驗(yàn)臺(tái)，探究了接近實(shí)際工況條件下的熱流密度、質(zhì)量流率以及系統(tǒng)壓力等邊界條件對(duì)傳熱特性的影響，并結(jié)合數(shù)值模擬方法分析了低溫甲烷跨臨界流動(dòng)特征及傳熱強(qiáng)化機(jī)理，最終提出了適用于碳?xì)淙剂项A(yù)冷器設(shè)計(jì)的換熱經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式。

1 實(shí)驗(yàn)方法

1.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

微小尺度通道內(nèi)超臨界甲烷傳熱特性實(shí)驗(yàn)臺(tái)共包含充氣段及實(shí)驗(yàn)流路兩部分，其系統(tǒng)原理如圖1 所示。充氣段主要由甲烷氣瓶、過(guò)濾器及若干閥門組成。常溫高壓甲烷首先存儲(chǔ)于甲烷氣瓶中（～15 MPa），待實(shí)驗(yàn)流路被抽為真空環(huán)境后流經(jīng)過(guò)濾器及減壓閥充入其中，最終增壓至指定系統(tǒng)壓力。實(shí)驗(yàn)流路則是一個(gè)由氣體增壓泵驅(qū)動(dòng)的閉式循環(huán)系統(tǒng)，其主要由增壓泵、空氣阻尼器、流量計(jì)、若干換熱器以及實(shí)驗(yàn)段組成。常溫高壓甲烷經(jīng)增壓泵驅(qū)動(dòng)后流入阻尼器以降低流量波動(dòng)，隨后甲烷依次流經(jīng)主流量計(jì)及絕緣法蘭后進(jìn)入預(yù)冷卻器利用液氮降溫。系統(tǒng)中兩個(gè)預(yù)冷卻器均為盤管式換熱器，其最低可將超臨界壓力甲烷冷卻至140 K，為實(shí)驗(yàn)段提供所需的亞臨界入口溫度。低溫高壓甲烷流出預(yù)冷卻器后會(huì)分為兩條流路，主流路上的甲烷依次流經(jīng)實(shí)驗(yàn)圓管、絕緣法蘭、冷卻器、輔流量計(jì)及阻尼器后回到增壓泵進(jìn)行新的循環(huán)。支路低溫甲烷則經(jīng)加熱器恢復(fù)至室溫后流回增壓泵，用于調(diào)節(jié)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)段超臨界甲烷的質(zhì)量流量。

實(shí)驗(yàn)段是一根長(zhǎng)1 450 mm 的304 不銹鋼圓管，加熱長(zhǎng)度為1 410 mm（L/d=1 762.5），且外徑為3 mm，內(nèi)徑僅為0.8 mm。實(shí)驗(yàn)時(shí)，將該微細(xì)圓管水平放置于實(shí)驗(yàn)臺(tái)表面，左右兩端用銅電極夾緊，并通過(guò)大功率直流電源加熱以模擬恒熱流邊條。超臨界甲烷的入口壓力由羅斯蒙特壓力變送器直接測(cè)量，設(shè)置于進(jìn)出口的差壓傳感器則用于測(cè)量甲烷的流動(dòng)損失。同時(shí)，本文在水平圓管兩端分別設(shè)有1 個(gè)T 型鎧裝熱電偶以測(cè)量超臨界甲烷的進(jìn)、出口溫度，并將28 個(gè)K 型熱電偶絲均勻點(diǎn)焊在微細(xì)圓管的同一水平面上用于外壁溫的測(cè)量（間隔為50 mm）。此外，實(shí)驗(yàn)段采用了多層保溫棉包裹以盡量降低熱耗散。

1.2 數(shù)據(jù)處理

根據(jù)能量守恒方程，實(shí)驗(yàn)段的加熱功率可以通過(guò)超臨界甲烷的焓升計(jì)算

式中：H為焓值，由溫度、壓力查詢；m?為甲烷的質(zhì)量流量，下標(biāo)in 和out 分別表示實(shí)驗(yàn)段進(jìn)、出口。

由于采用了均勻熱流假設(shè)，實(shí)驗(yàn)段的熱流密度為［15］

式中：q表示熱流密度，d為微細(xì)圓管內(nèi)徑，L為加熱長(zhǎng)度。

因此，微細(xì)圓管內(nèi)的局部對(duì)流換熱系數(shù)可以表示為

式中：h為局部對(duì)流換熱系數(shù)，下角標(biāo)（x）表示實(shí)驗(yàn)段的軸向位置，Tw，i為內(nèi)壁溫。由于Tw，i需根據(jù)外壁溫的測(cè)量值與圓柱導(dǎo)熱方程計(jì)算，而本文所采用的實(shí)驗(yàn)圓管壁厚與內(nèi)徑比值相對(duì)較大，故在此引入評(píng)估參數(shù)kb對(duì)軸向?qū)岬挠绊懘笮∵M(jìn)行判斷［16］

式中：λs為固壁的導(dǎo)熱系數(shù)，Ak為圓管截面積，Cˉb為甲烷的平均熱容率。實(shí)驗(yàn)工況中，kb均處于10-4量級(jí)，滿足kb＜0.005，故本研究可忽略軸向?qū)岬挠绊懀ㄟ^(guò)一維圓柱導(dǎo)熱方程由測(cè)量的外壁溫計(jì)算內(nèi)壁溫［17］。

Tb（x）表 示x處 超 臨 界 甲 烷 的 流 體 溫 度，根 據(jù) 沿程焓值計(jì)算

式中：Q（x）為實(shí)驗(yàn)段入口到x截面處的總加熱功率，Hin為超臨界甲烷的入口焓值。

1.3 誤差分析

根據(jù)誤差傳遞理論，如果變量y是直接測(cè)量量x的函數(shù)，即y=f（x1，x2，…，xn），則y的標(biāo)準(zhǔn)差可以表示為［18］

表1 給出了本實(shí)驗(yàn)中直接測(cè)量量的不確定度，根據(jù)式（6）得到了局部對(duì)流換熱系數(shù)h的最大不確定度為±16.2%。

表1 測(cè)量誤差Table 1 Uncertainties in measured parameters

2 數(shù)值方法

2.1 物理模型及網(wǎng)格

為探究微小尺度通道內(nèi)超臨界甲烷的對(duì)流傳熱機(jī)理，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果所產(chǎn)生的特殊現(xiàn)象，本文根據(jù)實(shí)驗(yàn)圓管幾何尺寸構(gòu)建了如圖2 所示的計(jì)算模型。該模型的通道尺寸及加熱長(zhǎng)度同樣分別為0.8 及1 410 mm，但在加熱段兩端分別布置了80 mm 的絕熱段，以保證流體充分發(fā)展及避免出口邊界的影響。邊界條件設(shè)置方面，本文入口采用質(zhì)量流量進(jìn)口并給定入口溫度，出口設(shè)置背壓，加熱段壁面施加均勻熱流，進(jìn)出口段壁面為絕熱條件。

圖2 計(jì)算模型及網(wǎng)格細(xì)節(jié)Fig.2 Computational model and mesh details

采用ICEM 軟件對(duì)計(jì)算域進(jìn)行結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分，通道截面網(wǎng)格細(xì)節(jié)如圖2 所示。為準(zhǔn)確捕捉超臨界甲烷近壁區(qū)的強(qiáng)物性變化，對(duì)近壁面網(wǎng)格進(jìn)行了局部加密并設(shè)置第一層網(wǎng)格高度為0.001 mm，以保證y+＜1。此外，本文利用3 套不同徑向節(jié)點(diǎn)密度的網(wǎng)格（146 萬(wàn)、218 萬(wàn)及298 萬(wàn)個(gè)）完成了無(wú)關(guān)性驗(yàn)證，當(dāng)監(jiān)測(cè)變量的變化率小于1%時(shí)計(jì)算結(jié)果可視為網(wǎng)格無(wú)關(guān)解，最終選取計(jì)算網(wǎng)格數(shù)為218萬(wàn)個(gè)。

低溫甲烷在跨過(guò)擬臨界溫度時(shí)會(huì)伴隨著劇烈的物性變化，如圖3 所示。本文利用NIST 查詢獲得超臨界甲烷物性，并以溫度點(diǎn)的形式分別將密度、比熱、動(dòng)力黏度以及導(dǎo)熱系數(shù)嵌入到FLUENT中。此外，本文在擬臨界溫度附近對(duì)物性點(diǎn)進(jìn)行了局部加密處理以保證熱物性的計(jì)算精度。

圖3 超臨界甲烷熱物性變化圖（6 MPa）Fig.3 Thermophysical properties of supercritical methane(6 MPa)

2.2 控制方程及求解方法

利用FLUENT 2020 R1 軟件結(jié)合壓力基求解器求解連續(xù)性方程、能量方程以及考慮重力影響的動(dòng)量方程，并使用SIMPLE 算法求解速度和壓力的耦合問(wèn)題。為了提高計(jì)算精度，采用二階迎風(fēng)格式計(jì)算控制方程中的對(duì)流項(xiàng)，并設(shè)定能量方程及其他控制方程的殘差分別小于10-8和10-6時(shí)視為收斂。由于低雷諾數(shù)k?ε湍流模型在預(yù)測(cè)超臨界傳熱現(xiàn)象時(shí)具有較高預(yù)測(cè)精度［19］，本文的數(shù)值模擬研究擬采用CH 低雷諾數(shù)k?ε湍流模型。

2.3 數(shù)值方法驗(yàn)證

為了驗(yàn)證數(shù)值方法的準(zhǔn)確性，本文選取兩個(gè)典型實(shí)驗(yàn)工況的內(nèi)壁面溫度與計(jì)算值進(jìn)行對(duì)比，如圖4 所示。這兩組實(shí)驗(yàn)工況中超臨界甲烷壓力均為6 MPa，但質(zhì)量流量與熱流密度不同，分別對(duì)應(yīng)大流量、低熱流（m?=0.239 g/s，q=30 kW/m2，Tin=172 K）和 小 流 量、高 熱 流（m?=0.155 g/s，q=35 kW/m2，Tin=170 K）條件。可以發(fā)現(xiàn)，不同工況條件下數(shù)值方法均能較好地預(yù)測(cè)微細(xì)圓管內(nèi)壁溫沿甲烷流向的變化規(guī)律，盡管其在擬臨界區(qū)域的預(yù)測(cè)精度相對(duì)較低，但兩種工況中內(nèi)壁溫的最大相對(duì)誤差均低于5%，體現(xiàn)出較高的預(yù)測(cè)精度。

圖4 不同工況下實(shí)驗(yàn)內(nèi)壁溫和計(jì)算值對(duì)比圖Fig.4 Comparison of calculated inner-wall temperatures and experimental data at different working conditions

3 結(jié)果分析

3.1 超臨界甲烷傳熱機(jī)理

在圓管對(duì)流換熱理論中，一般定義壁溫突降或換熱系數(shù)突增為傳熱強(qiáng)化現(xiàn)象。因此可以認(rèn)定，超臨界甲烷在該實(shí)驗(yàn)工況下產(chǎn)生傳熱強(qiáng)化。為探究上述特殊現(xiàn)象的產(chǎn)生原因，本文將結(jié)合數(shù)值模擬結(jié)果詳細(xì)分析圖5 所示4 個(gè)不同截面上的關(guān)鍵參數(shù)分布特點(diǎn)，其分別對(duì)應(yīng)于實(shí)驗(yàn)段入口（A，x/d=0）、換熱系數(shù)峰值附近（B，x/d=300）、傳熱強(qiáng)化結(jié)束附近（C，x/d=600）及正常傳熱區(qū)間（D，x/d=900）。

圖5 壁溫、甲烷溫度及對(duì)流換熱系數(shù)分布圖（實(shí)驗(yàn)結(jié)果）Fig.5 Wall temperature, methane temperature and heat transfer coefficient distributions (experimental results)

圖6分別展示了A、B、C、D4個(gè)不同截面上的甲烷溫度及定壓比熱分布。如上文所述，超臨界甲烷溫度沿流向逐漸增加，但其在通道截面上卻呈現(xiàn)出不同的分布規(guī)律。區(qū)別于實(shí)驗(yàn)段入口（A截面）及正常傳熱區(qū)（D截面），傳熱強(qiáng)化區(qū)間內(nèi)的截面溫度均呈現(xiàn)出較強(qiáng)的徑向非對(duì)稱性，且在B截面中尤為明顯。在換熱系數(shù)峰值附近，低溫主流更加靠近管底，而這主要是由超臨界甲烷在跨過(guò)擬臨界溫度時(shí)的強(qiáng)物性變化造成的。此外，由Cp分布圖可知，超臨界甲烷的定壓比熱在整個(gè)傳熱強(qiáng)化區(qū)間內(nèi)均處于較大值（＞5 000 J/（kg·K），且在換熱系數(shù)峰值附近（B截面）的近壁處接近最大值。由于貼近壁面的流體定壓比熱極高，超臨界甲烷的載熱能力被大幅增強(qiáng)。

圖6 甲烷溫度及定壓比熱在不同流向截面的分布圖（數(shù)值結(jié)果）Fig.6 Methane temperature and Cp distributions at different cross-sections along the flow direction (numerical results)

為了探究超臨界甲烷非對(duì)稱徑向溫度分布的產(chǎn)生原因以及強(qiáng)物性變化對(duì)流動(dòng)結(jié)構(gòu)的影響，圖7給出了各截面上的甲烷密度、渦量以及速度矢量分布。可以發(fā)現(xiàn)，A、D截面密度分布較為均勻，但另外兩個(gè)截面上均在徑向存在較強(qiáng)的密度梯度，且B截面梯度最強(qiáng)。這是由于在B截面處，壁面溫度高于擬臨界溫度而主流溫度低于擬臨界溫度，導(dǎo)致近壁區(qū)甲烷密度迅速降低而主流密度仍然較高，故在徑向形成較強(qiáng)密度梯度。由于受到重力的作用，這一強(qiáng)密度梯度即使在0.8 mm 的微細(xì)圓管內(nèi)也可誘導(dǎo)浮升力產(chǎn)生，進(jìn)而在重力和浮升力的共同作用下形成顯著的二次流，如圖7 的速度矢量分布所示。傳熱強(qiáng)化區(qū)內(nèi)（B、C截面），重力將大密度冷流體（主流）輸運(yùn)至圓管底部，而浮升力將近壁區(qū)的低密度高溫甲烷沿周向輸運(yùn)至管頂，故形成了如圖6 所示的非對(duì)稱溫度分布。此外，傳熱強(qiáng)化區(qū)間內(nèi)的近壁區(qū)渦量水平也高于其他截面一個(gè)量級(jí)，可以認(rèn)為超臨界甲烷強(qiáng)物性變化誘導(dǎo)產(chǎn)生二次流，進(jìn)而增強(qiáng)流體摻混是實(shí)現(xiàn)跨臨界傳熱強(qiáng)化的另一重要原因。

圖7 密度、渦量及速度矢量在不同流向截面的分布圖（數(shù)值結(jié)果）Fig.7 Density, vorticity and velocity vector distributions at different cross-sections along the flow direction (numerical results)

此外，從圖8 所示的超臨界甲烷速度型分布曲線可知，盡管甲烷平均流速由于受到熱加速的影響而不斷增加（加熱導(dǎo)致密度降低），其速度型的演化規(guī)律卻存在差異。在由入口截面發(fā)展到換熱系數(shù)峰值的過(guò)程中（A到B），甲烷流速增加的區(qū)域主要集中在近壁處，而最大速度基本不變，最終使得流體速度型相對(duì)平坦。但在后續(xù)發(fā)展過(guò)程中，甲烷平均流速在逐漸增大的同時(shí)速度型卻再次緩慢變凸。可以發(fā)現(xiàn)，上述現(xiàn)象主要是由近壁處超臨界甲烷的動(dòng)力黏度先迅速降低、后緩慢增加造成的（圖3）。

圖8 甲烷流速在不同流向截面的分布曲線（數(shù)值結(jié)果）Fig.8 Methane velocity profiles at different cross-sections along the flow direction (numerical results)

3.2 熱流密度影響

工況范圍內(nèi)，可以認(rèn)定超臨界甲烷的傳熱強(qiáng)化現(xiàn)象受熱流密度影響較小。

3.3 質(zhì)量流量影響

3.4 系統(tǒng)壓力影響

m2熱 流 密 度，155 K 入 口 溫 度 及0.142 g/s 質(zhì) 量 流量）。可以發(fā)現(xiàn)，不同系統(tǒng)壓力條件下圓管壁溫的變化規(guī)律差異很大，而且在4.77 MPa 系統(tǒng)壓力的實(shí)驗(yàn)工況中出現(xiàn)了壁溫突降現(xiàn)象（圖11（a）），即出現(xiàn)了顯著的傳熱強(qiáng)化。由3.1 節(jié)分析可知，影響超臨界甲烷傳熱強(qiáng)化的兩個(gè)重要原因分別為急劇增加的定壓比熱以及由浮升力和重力共同誘導(dǎo)的二次流，而上述兩個(gè)因素都是由跨臨界強(qiáng)物性變化特征導(dǎo)致的。由于超臨界流體熱物性變化的劇烈程度隨著系統(tǒng)壓力的增加而降低［20］，且4.77 MPa 系統(tǒng)壓力又十分接近甲烷的臨界壓力，故該條件下的超臨界甲烷出現(xiàn)最明顯的傳熱強(qiáng)化現(xiàn)象，如圖11（b）所示。

圖11 不同系統(tǒng)壓力對(duì)超臨界甲烷換熱特性的影響（實(shí)驗(yàn)結(jié)果）Fig.11 Effects of system pressure on the heat transfer char?acteristics of methane (experimental results)

3.5 低維預(yù)測(cè)模型

由于對(duì)流換熱經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式是影響換熱器設(shè)計(jì)精度的重要因素之一，本文結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果提出了適用于碳?xì)淙剂项A(yù)冷器精細(xì)化設(shè)計(jì)的超臨界甲烷傳熱低維預(yù)測(cè)模型。該模型選擇Dittus?Boelter 經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式的基本形式［21］，并引入了密度及定壓比熱的近壁面修正，其具體表達(dá)式為

式（7）低維預(yù)測(cè)模型的適用范圍為：4.8 MPa＜p＜7.5 MPa，5 000＜Re＜30 000。

圖12 給出了實(shí)驗(yàn)值與本文所發(fā)展的低維預(yù)測(cè)模型計(jì)算值的對(duì)比結(jié)果。可以發(fā)現(xiàn)，90%以上的實(shí)驗(yàn)值均落在±25%的相對(duì)誤差范圍內(nèi)，表明該預(yù)測(cè)模型的計(jì)算精度滿足工程應(yīng)用需求，能夠?yàn)樘細(xì)淙剂项A(yù)冷器精細(xì)化設(shè)計(jì)提供初步的傳熱性能預(yù)測(cè)。

圖12 低維預(yù)測(cè)模型計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值對(duì)比Fig.12 Comparison of calculated results by low dimension?al prediction model and experimental data

4 結(jié) 論

本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法探究了不同邊界條件對(duì)微小尺度通道內(nèi)超臨界甲烷傳熱特性的影響，并結(jié)合數(shù)值方法分析了低溫甲烷跨臨界傳熱強(qiáng)化的原因。在本文研究的工況范圍內(nèi)，得到如下結(jié)論：

（1）水平微細(xì)圓管內(nèi)超臨界甲烷在擬臨界點(diǎn)附近存在傳熱強(qiáng)化現(xiàn)象，主要原因?yàn)閺?qiáng)物性變化導(dǎo)致的定壓比熱突增以及重力和浮升力共同作用產(chǎn)生的二次流。

（2）均勻熱流邊界條件下，超臨界甲烷溫度及壁溫均呈現(xiàn)較強(qiáng)的非線性變化規(guī)律；相較于熱流密度，質(zhì)量流量及系統(tǒng)壓力變化對(duì)換熱系數(shù)峰值影響更大。

（3）提出了適用于碳?xì)淙剂项A(yù)冷器精細(xì)化設(shè)計(jì)的超臨界甲烷傳熱低維預(yù)測(cè)模型，90%以上的實(shí)驗(yàn)值與計(jì)算值的相對(duì)誤差不超過(guò)±25%。