Um die Wärmeübertragungseffizienz und die Gesamtleistung des überkritischen CO₂-Gaswärmetauschers (SCO₂) zu verbessern, wurde in diesem Artikel eine numerische Untersuchung der Strömungs- und Wärmeübertragungseigenschaften von SCO₂ in einem innen gerippten, verdrehten elliptischen Rohr durchgeführt. Die Verstärkungsmechanismen der Wärmeübertragung wurden unter Verwendung der Feld-Synergietheorie analysiert. Als Entwurfsvariablen dienten die Rippensteilheit (p), die Rippenhöhe (h), die lange Halbachse (a) und die Reynolds-Zahl (Re). Mit der Response-Surface-Methode (RSM) wurden zweistufige Response-Surface-Modelle für die Nusselt-Zahl, den Reibungskoeffizienten und den integrierten Leistungsbewertungsindex erstellt, und es wurde eine Multi-Objective-Optimierung mit dem nicht-dominanten genetischen Algorithmus (NSGA-II) durchgeführt, um Pareto-optimale Lösungen zu erhalten. Die Studienergebnisse zeigen, dass die gekoppelte Wirkung der verdrehten Struktur und der inneren Rippen einen kontinuierlichen Sekundärstrom induzieren kann, der die Fluidstörung verstärkt und die thermische Grenzschicht zerstört, wodurch die konvektive Wärmeübertragungsleistung erheblich verbessert wird. Bei h von 0,5 mm, a im Bereich von 3,6 bis 3,9 mm und p im Bereich von 50 bis 70 mm kann ein gutes Gleichgewicht zwischen Wärmeübertragungsverbesserung und Druckverlust erreicht werden.

überkritisches CO₂;Gaswärmetauscher;innen geripptes verdrehtes elliptisches Rohr;Feld-Synergietheorie;Multi-Objective-Optimierung