超临界二氧化碳流体由于其物性表现出良好的流动和传热特性,在电站、航空工程和制冷工程都将获得广泛应用,因此深入了解和认识超临界二氧化碳流体的流动和传热特征是很重要的。本课题针对目前对超临界二氧化碳流体传热特征没有统一认识需要进一步研究为背景,探讨湍流模型模拟超临界流体在细管内传热的可靠性,通过数值模拟获得更加详细的流场信息来加深对实验中观察到的现象的理解为目标,以理论分析和数值模拟研究细圆管内超临界二氧化碳流场和温度场为基础,依据试验对超临界二氧化碳流体流动和传热特性进行分析、归纳,并以CFD理论为基础对其在细管内流动和传热进行数值模拟研究,将数值模拟和实验的结果进行比较拟合传热努塞尔准数Nu_x=C·R_rxⁿP_rx^m·F,的数学表达式。在对超临界二氧化碳流体流动和传热分析的过程中,分析了影响超临界二氧化碳流体对流换热的主要因素:压力、质量流量、流体流动方向、管径和浮升力和热流密度等,并对超临界二氧化碳细圆管内传热强化机理进行了探讨,认为以下原因造成传热强化:（一）近壁面温度梯度大和热边界层较薄;（二）超临界二氧化碳流体粘度减小和比热增加;（三）在研究条件下无论是速度场还是温度场都没有达到充分发展。数值模拟是研究超临界二氧化碳流体流动和传热的一种有效手段,通过应用数值模拟软件FLUENT,分别得到了不同截面位置处的速度场和温度场的分布云图,进一步加深了对超临界二氧化碳流体流动和传热的认识。在数值模拟细圆管内超临界二氧化碳流体流动和传热的过程中,通过改变操作压力、入口温度、质量流量、热流密度和管径等模拟条件,得出了壁面温度变化、沿流动方向的速度变化、平均换热系数的变化规律。结果显示在模拟条件下由于物性随温度变化而产生的浮升力对速度场和温度场影响很小,并通过理论计算确认浮升力和流动加速的影响可以忽略。通过对数据的整理、分析以与试验比较,最终确定了细圆管内努塞尔准数的表达式可表示为:本课题的研究实现了预期的目标,证明数值模拟是研究超临界二氧化碳流体流场和传热性能的一种很有效的手段,但需要更加合理的设置边界条件,并且模拟的精度还有待于进一步地提高,而得到的努塞尔准数公式也具有一定的工程应用价值。同时,本课题研究的过程和结果也有助于进一步研究以超临界二氧化碳流体作为工质的换热器结构及其传热性能。