论文标题：Numerical Investigation of Thermal–Hydraulic–Structural Characteristics of Supercritical CO₂ Wavy-Microchannel Heat Exchanger

论文链接： https://www.mdpi.com/2226-4310/13/3/214

期刊名：Aerospace

期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/aerospace

在能源转换与利用领域，超临界二氧化碳（SCO₂）布雷顿循环以其高热效率、高功率密度及系统紧凑性，正逐步成为下一代核能、太阳能热发电、航空发动机余热回收及高超音速飞行器能量管理等领域的研究热点。然而，在这一先进循环系统中，换热器的性能直接关系到整个系统的效率与可靠性，成为制约技术突破的关键因素之一。

近日，上海交通大学饶宇教授团队提出并成功评估了一种基于增材制造（3D打印）技术的波纹微通道环形换热器，该换热器在紧凑度与流热性能之间实现了卓越的平衡，为SCO₂布雷顿循环的应用开辟了新的路径。

创新设计，应对挑战

研究团队采用流-热-固多物理场耦合数值模拟方法，对新型波纹微通道换热器在SCO₂实际工况下的性能进行了全面而深入的分析。针对SCO₂在临界点附近密度剧烈变化带来的不利影响，研究创新性地设计了环形自适应流道结构——冷流体由内环向外环流动，热流体则相反，流道截面积随流体体积变化而自适应调整，有效缓解了这一难题。通道内部精心布置了周期性波纹和径向肋片，进一步提升了换热效率。

模块化流热设计与增材制造波纹微通道换热器

卓越性能，数据见证

数值模拟结果显示，该波纹通道换热器紧凑度高达1670 m²/m³，较传统印刷电路板式换热器（PCHE）提升了29%，显著减小了系统体积和重量，对于空间受限的应用场景尤为重要。在雷诺数900–6000的广泛范围内，波纹结构通过诱导二次流和壁面涡流，使换热能力相比直通道提升了21%–58%，展现了优异的热-水力性能。进一步对比分析表明，与直通道PCHE、Z字形PCHE及自适应流道S形翅片换热器相比，本研究提出的设计在热侧性能提升了12%–44%，在冷侧性能提升了3%–89%，整体性能表现卓越，为SCO₂布雷顿循环系统提供了强有力的换热解决方案。

应用前景广阔，潜力无限

本研究不仅为SCO₂布雷顿循环系统提供了一种兼具高紧凑度与优异热-水力性能的新型换热器方案，更在航空发动机余热回收、太空电源系统及高超音速飞行器热管理等对重量和空间有严格要求的应用场景中展现出重要潜力。

Aerospace期刊介绍

主编：Konstantinos Kontis, University of Glasgow, Scotland, UK

Aerospace期刊致力于发表航空航天科学、工程和技术相关的创新研究，涵盖飞行器设计、推进系统、飞行控制、先进材料、空间科学、航空电子、无人机系统（UAS）、城市空中交通（UAM）、可持续航空、航空安全以及前沿技术等。鼓励跨学科研究，推动航空航天科技发展，欢迎实验、仿真与理论研究的原创成果及综述。