Dieser Artikel führt eine theoretische Analyse und eine visuelle experimentelle Untersuchung der Strömungszustände und deren Übergangseigenschaften während des strömungsbedingten Siedewärmeübergangs von CO2 in einem horizontalen Feinrohr durch. Basierend auf den visuellen Experimentergebnissen wurde das theoretische Strömungszustandsvorhersagemodell für CO2 bei niedrigen Verdampfungstemperaturen aktualisiert. Die Versuchsbedingungen sind: Wärmestromdichte (7,5~30 kW/m2), Massenstrom (50~600 kg/(m2·s)), Sättigungstemperatur (﹣40~0 ℃), Trockenheit (0~1), Innendurchmesser (1,5 mm). Die theoretische Analyse zeigt, dass der Massenstrom einen entscheidenden Einfluss auf die im Wärmeübertragungsprozess durchlaufenen Strömungsformen hat; die Wärmestromdichte beeinflusst die Übergangskurven zwischen Ringströmung und Trockenbereich sowie zwischen Trockenbereich und Nebelströmung erheblich; die Sättigungstemperatur hat eine wichtige Auswirkung auf die Strömungszustandsübergänge. Die Visualisierungsstudie zeigt, dass das theoretische Strömungsdiagramm die Strömungszustände von CO2 im Feinrohr gut vorhersagen kann und auch die Änderungstrends der Strömungszustände unter verschiedenen Betriebsbedingungen widerspiegelt, wobei das theoretische Diagramm jedoch größere Abweichungen bei der Vorhersage der Trocken- und Nebelströmungsbereiche aufweist; basierend auf den experimentellen Daten wurde der dimensionslose Faktor des Flüssig-Gas-Viskositätsverhältnisses hinzugefügt und ein neues Modell zur Vorhersage der kritischen Wärmestromdichte vorgeschlagen. Unter Berücksichtigung der Einflüsse von Massenstrom und Wärmestrom wurden gemäß dem aktualisierten Modell zur Vorhersage der kritischen Wärmestromdichte und den experimentellen Daten die Übergangskurven zwischen Ringströmung und Trockenbereich, Trockenbereich und Nebelströmung sowie intermittierender/pulsierender Strömung und Ringströmung im theoretischen Strömungsdiagramm anhand des Siedezahl-Bo-Wertes aktualisiert. Die durch die Visualisierungsstudie erhaltenen Strömungsdaten stimmen zu 89,4 % mit dem aktualisierten theoretischen Strömungszustandsmodell für CO2 überein.

CO2; Feinrohr; strömungsbedingtes Sieden; Strömungsdiagramm