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近日(ri)，由中科院工(gong)程熱物理所儲能研發中心陳林研究(jiu)員主(zhu)持編(bian)輯的超臨界流(liu)體能源系統方面的英文專(zhuan)著(zhu)《Handbook of Research on Advancements in Supercritical Fluids Applications for Sustainable Energy Systems》(兩卷本)順利在美國IGI Global出版社出版。

該書(shu)是國(guo)際(ji)上第(di)一部關于(yu)超臨界流體應用于(yu)能源化(hua)工(gong)系(xi)統方面的專著，是由(you)中(zhong)國(guo)科(ke)(ke)學家(jia)領銜、各(ge)國(guo)權威專家(jia)通力合(he)作(zuo)的成果。它的出版顯示了(le)以中(zhong)科(ke)(ke)院工(gong)程熱物理(li)所(suo)為(wei)代(dai)表(biao)的中(zhong)國(guo)科(ke)(ke)研機構在該領域(yu)的重要研究(jiu)實(shi)力和國(guo)際(ji)影響(xiang)力。

近年來，工程熱物理所在該領域的重點方向上，特別是在大型跨臨界設備、布雷頓循環及電力循環中適用的緊湊式超臨界換熱器設計、超臨界系統裝備制造、超/近臨界環境化工過程中取得了一系列創新成果，成為中科院在超臨界流體戰略技術的重點突破方向之一。

超臨界(jie)流體技術憑借其在能源(yuan)動力(li)(li)(li)領域的重大潛力(li)(li)(li)，被稱作是下一代“戰略技術”。以布雷頓(dun)循(xun)(xun)環為代表的超臨界(jie)動力(li)(li)(li)循(xun)(xun)環及(ji)高溫熱利用等技術近年(nian)來在國際上已成為前沿熱點，并逐步從基礎數(shu)據積累進入到兆瓦級商業系統開(kai)發的階(jie)段(duan)。

不僅如此，流體在跨越臨界區域時的相變過程和機理研究對許多關鍵領域的突破都十分重要，如超臨界發電、太陽能熱利用、新一代核能(neng)系(xi)統、航空(kong)航天工程(cheng)(cheng)、規模化儲(chu)能(neng)、精(jing)細化工及(ji)材料工程(cheng)(cheng)等。

具體(ti)而言，絕大多數跨臨界熱力(li)和(he)化工系統(tong)都(dou)需要面對流(liu)體(ti)跨越(yue)臨界區域發生相態轉(zhuan)(zhuan)變(bian)的(de)(de)(de)過程。特別是(shi)在靠近(jin)熱力(li)工質臨界點附近(jin)區域，由于(yu)流(liu)體(ti)熱物性的(de)(de)(de)強烈非線性震蕩所引起的(de)(de)(de)一系列復雜熱力(li)過程，是(shi)影(ying)響跨臨界和(he)超臨界系統(tong)穩定(ding)性和(he)能量轉(zhuan)(zhuan)化、存儲效率的(de)(de)(de)關鍵(jian)因素。

該書共包(bao)含四個板塊共22章，匯集了(le)國內(nei)外在(zai)超臨(lin)界(jie)流(liu)(liu)體領域的代(dai)(dai)表(biao)性(xing)團隊(dui)近年(nian)來的系列研究(jiu)成果，系統(tong)介紹了(le)超臨(lin)界(jie)流(liu)(liu)體熱(re)(re)物理基礎(chu)理論、小尺度對流(liu)(liu)傳熱(re)(re)及(ji)器件(jian)設計(ji)(ji)、超臨(lin)界(jie)和(he)跨臨(lin)界(jie)熱(re)(re)力循環系統(tong)設計(ji)(ji)以(yi)及(ji)超臨(lin)界(jie)流(liu)(liu)體在(zai)代(dai)(dai)表(biao)性(xing)能源動(dong)力系統(tong)中(zhong)應用等。

該書的(de)出版獲得了包括(kuo)來(lai)自法國(guo)巴黎高(gao)等(deng)物理化工學(xue)院(居里(li)夫婦(fu)的(de)母(mu)校(xiao))的(de)Daniel A. Beysens教(jiao)授(shou)、日本同志社大(da)(da)學(xue)Hiroshi Yamaguchi教(jiao)授(shou)、東京大(da)(da)學(xue)Eiji Hihara教(jiao)授(shou)、俄羅斯(si)科學(xue)院Yuri A. Zeigarnik教(jiao)授(shou)和Vladimir I. Anikeev教(jiao)授(shou)、加(jia)拿大(da)(da)安(an)大(da)(da)略理工大(da)(da)學(xue)Igor Pioro教(jiao)授(shou)、德(de)國(guo)卡(ka)爾(er)斯(si)魯(lu)厄(e)理工學(xue)院Thomas Schulenberg教(jiao)授(shou)等(deng)專業領(ling)域(yu)國(guo)際學(xue)術權(quan)威的(de)大(da)(da)力支持。

同時，該書(shu)(shu)也包含了來自西安熱(re)工(gong)研(yan)究院(yuan)、中(zhong)國(guo)核動力研(yan)究設計院(yuan)、重(zhong)慶大學(xue)及中(zhong)國(guo)科(ke)學(xue)院(yuan)工(gong)程(cheng)熱(re)物理研(yan)究所等國(guo)內領(ling)先團隊的(de)研(yan)究成果。日(ri)本京(jing)都(dou)大學(xue)Akira Onuki教授應邀為(wei)本書(shu)(shu)撰寫序言(yan)并指出本書(shu)(shu)“匯集了最優秀的(de)學(xue)者”、并且“是超臨界流體領(ling)域(yu)非常及時而(er)且重(zhong)要的(de)著作，因為(wei)它(ta)包含了從流體基礎(chu)到能源系(xi)統應用等幾個(ge)極其重(zhong)要的(de)課題”。

超臨界流體(ti)領(ling)(ling)域的(de)核心難點在于流體(ti)跨越臨界區(qu)域時的(de)相(xiang)態變化(hua)及能質傳遞機制，是亟待突破的(de)前沿(yan)領(ling)(ling)域。陳林(lin)研究員近(jin)年來(lai)的(de)工作集(ji)中于這一(yi)特殊流體(ti)參數區(qu)域的(de)熱(re)力學分析。這一(yi)區(qu)域內流體(ti)跨臨界過程中同(tong)時受到熱(re)-聲作用的(de)影響，表現為密度、比熱(re)容(rong)及其他(ta)參數獨特的(de)演化(hua)特性。

本(ben)書第(di)3章介紹(shao)了(le)(le)我(wo)所團(tuan)隊在微(wei)(wei)小(xiao)通道(dao)內超(chao)臨界(jie)(jie)CO2流(liu)(liu)(liu)體流(liu)(liu)(liu)動(dong)傳(chuan)熱(re)特(te)性(xing)方面的(de)結(jie)(jie)果。在微(wei)(wei)通道(dao)等受限制的(de)幾何(he)條件下，流(liu)(liu)(liu)體氣相、液(ye)相和超(chao)臨界(jie)(jie)相之間的(de)相態(tai)相互轉化(hua)過程(cheng)對外部(bu)參數條件、變化(hua)的(de)始-終路徑以及流(liu)(liu)(liu)體特(te)殊的(de)熱(re)物(wu)理(li)性(xing)質參數具有較大的(de)依賴。通過構建微(wei)(wei)小(xiao)通道(dao)內瞬態(tai)熱(re)擾(rao)動(dong)模(mo)型，研究(jiu)(jiu)團(tuan)隊獲(huo)得了(le)(le)超(chao)臨界(jie)(jie)流(liu)(liu)(liu)體的(de)小(xiao)尺(chi)度(du)(du)反饋規律并進一(yi)步總(zong)結(jie)(jie)了(le)(le)超(chao)臨界(jie)(jie)流(liu)(liu)(liu)體微(wei)(wei)尺(chi)度(du)(du)熱(re)-機械作用產生擾(rao)動(dong)強化(hua)和換熱(re)強化(hua)的(de)機制。本(ben)章的(de)研究(jiu)(jiu)中將其歸結(jie)(jie)為可壓(ya)縮流(liu)(liu)(liu)體微(wei)(wei)槽(cao)道(dao)Kelvin-Helmholtz流(liu)(liu)(liu)動(dong)不(bu)穩定性(xing)，為進一(yi)步理(li)解微(wei)(wei)尺(chi)度(du)(du)下超(chao)臨界(jie)(jie)流(liu)(liu)(liu)體流(liu)(liu)(liu)動(dong)傳(chuan)熱(re)穩定性(xing)問(wen)題提(ti)供(gong)了(le)(le)新思路。

另外，在(zai)超/跨(kua)臨(lin)界(jie)熱力(li)系統研究中，往往具有高熱流(liu)密度、大溫差(cha)區(qu)間和(he)復(fu)雜(za)對流(liu)情景，使(shi)得臨(lin)界(jie)區(qu)域流(liu)體傳熱與相變(bian)過(guo)程細節掩(yan)蓋在(zai)臨(lin)界(jie)區(qu)域震(zhen)蕩和(he)對流(liu)傳熱不穩定現象當中。

本書第5章介紹了陳林研究員(yuan)和印度(du)理工學院P.K. Basu教授合作針(zhen)對(dui)局部浮力(li)效應與(yu)熱(re)加(jia)速現(xian)象(xiang)對(dui)超(chao)臨界區域流(liu)(liu)動換熱(re)，特別是湍流(liu)(liu)流(liu)(liu)動換熱(re)的影響。

本書第(di)7章(zhang)介紹了(le)工程(cheng)熱物理(li)(li)所團隊進一步針對該(gai)問題在(zai)(zai)超臨(lin)界流(liu)(liu)體(ti)自然循(xun)環(huan)及(ji)(ji)其在(zai)(zai)能(neng)源系統中(zhong)(zhong)基礎(chu)傳(chuan)熱和(he)循(xun)環(huan)流(liu)(liu)動(dong)規(gui)律(lv)的探索：在(zai)(zai)國際上首次揭示了(le)密(mi)閉回路中(zhong)(zhong)近臨(lin)界流(liu)(liu)體(ti)自然對流(liu)(liu)流(liu)(liu)動(dong)、傳(chuan)熱穩定性的規(gui)律(lv)及(ji)(ji)機制和(he)預測關聯式，在(zai)(zai)此基礎(chu)上提出了(le)穩定性反(fan)饋、安全控(kong)制及(ji)(ji)優化管理(li)(li)方法。

近(jin)期(qi)，陳林研(yan)(yan)究(jiu)員正(zheng)集中于(yu)發(fa)展多(duo)相位(wei)重構激光測試等方法用(yong)于(yu)超(chao)臨界(jie)(jie)系(xi)統的(de)(de)高精度定量測量方面(mian)(mian)(近(jin)期(qi)論文Kanda & Chen, et al. Int. Commu. Heat Mass Transf., 89, 2017, pp. 57-63; Chen et al., Int. J. Heat Mass Transf., 155, 2020, 119684; Tran and Chen, ASME - J. Fluids Eng., 142(11), 2020, 111503)，期(qi)望(wang)通過對超(chao)臨界(jie)(jie)流(liu)體界(jie)(jie)面(mian)(mian)傳遞(di)的(de)(de)可(ke)視化(hua)研(yan)(yan)究(jiu)，進一步(bu)解決跨臨界(jie)(jie)系(xi)統機理“看不(bu)清(qing)”、“測試難(nan)”的(de)(de)課題。