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近日，由中科院工程熱物理所儲能研發(fā)中心陳林研究員主持編輯的超臨界流體能源系統(tǒng)方面的英文專著《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。

該書是國際上第一部關(guān)于超臨界流體應(yīng)用于能源化工系統(tǒng)方面的專著，是由中國科學(xué)家領(lǐng)銜、各國權(quán)威專家通力合作的成果。它的出版顯示了以中科院工程熱物理所為代表的中國科研機構(gòu)在該領(lǐng)域的重要研究實力和國際影響力。

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

超臨界流體技術(shù)憑借其在能源動力領(lǐng)域的重大潛力，被稱作是下一代“戰(zhàn)略技術(shù)”。以布雷頓循環(huán)為代表的超臨界動力循環(huán)及高溫?zé)崂玫燃夹g(shù)近年來在國際上已成為前沿?zé)狳c，并逐步從基礎(chǔ)數(shù)據(jù)積累進入到兆瓦級商業(yè)系統(tǒng)開發(fā)的階段。

不僅如此，流體在跨越臨界區(qū)域時的相變過程和機理研究對許多關(guān)鍵領(lǐng)域的突破都十分重要，如超臨界發(fā)電、太陽能熱利用、新一代核能系統(tǒng)、航空航天工程、規(guī)?；瘍δ?、精細化工及材料工程等。

具體而言，絕大多數(shù)跨臨界熱力和化工系統(tǒng)都需要面對流體跨越臨界區(qū)域發(fā)生相態(tài)轉(zhuǎn)變的過程。特別是在靠近熱力工質(zhì)臨界點附近區(qū)域，由于流體熱物性的強烈非線性震蕩所引起的一系列復(fù)雜熱力過程，是影響跨臨界和超臨界系統(tǒng)穩(wěn)定性和能量轉(zhuǎn)化、存儲效率的關(guān)鍵因素。

該書共包含四個板塊共22章，匯集了國內(nèi)外在超臨界流體領(lǐng)域的代表性團隊近年來的系列研究成果，系統(tǒng)介紹了超臨界流體熱物理基礎(chǔ)理論、小尺度對流傳熱及器件設(shè)計、超臨界和跨臨界熱力循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計以及超臨界流體在代表性能源動力系統(tǒng)中應(yīng)用等。

該書的出版獲得了包括來自法國巴黎高等物理化工學(xué)院(居里夫婦的母校)的Daniel A. Beysens教授、日本同志社大學(xué)Hiroshi Yamaguchi教授、東京大學(xué)Eiji Hihara教授、俄羅斯科學(xué)院Yuri A. Zeigarnik教授和Vladimir I. Anikeev教授、加拿大安大略理工大學(xué)Igor Pioro教授、德國卡爾斯魯厄理工學(xué)院Thomas Schulenberg教授等專業(yè)領(lǐng)域國際學(xué)術(shù)權(quán)威的大力支持。

同時，該書也包含了來自西安熱工研究院、中國核動力研究設(shè)計院、重慶大學(xué)及中國科學(xué)院工程熱物理研究所等國內(nèi)領(lǐng)先團隊的研究成果。日本京都大學(xué)Akira Onuki教授應(yīng)邀為本書撰寫序言并指出本書“匯集了最優(yōu)秀的學(xué)者”、并且“是超臨界流體領(lǐng)域非常及時而且重要的著作，因為它包含了從流體基礎(chǔ)到能源系統(tǒng)應(yīng)用等幾個極其重要的課題”。

超臨界流體領(lǐng)域的核心難點在于流體跨越臨界區(qū)域時的相態(tài)變化及能質(zhì)傳遞機制，是亟待突破的前沿領(lǐng)域。陳林研究員近年來的工作集中于這一特殊流體參數(shù)區(qū)域的熱力學(xué)分析。這一區(qū)域內(nèi)流體跨臨界過程中同時受到熱-聲作用的影響，表現(xiàn)為密度、比熱容及其他參數(shù)獨特的演化特性。

本書第3章介紹了我所團隊在微小通道內(nèi)超臨界CO2流體流動傳熱特性方面的結(jié)果。在微通道等受限制的幾何條件下，流體氣相、液相和超臨界相之間的相態(tài)相互轉(zhuǎn)化過程對外部參數(shù)條件、變化的始-終路徑以及流體特殊的熱物理性質(zhì)參數(shù)具有較大的依賴。通過構(gòu)建微小通道內(nèi)瞬態(tài)熱擾動模型，研究團隊獲得了超臨界流體的小尺度反饋規(guī)律并進一步總結(jié)了超臨界流體微尺度熱-機械作用產(chǎn)生擾動強化和換熱強化的機制。本章的研究中將其歸結(jié)為可壓縮流體微槽道Kelvin-Helmholtz流動不穩(wěn)定性，為進一步理解微尺度下超臨界流體流動傳熱穩(wěn)定性問題提供了新思路。

另外，在超/跨臨界熱力系統(tǒng)研究中，往往具有高熱流密度、大溫差區(qū)間和復(fù)雜對流情景，使得臨界區(qū)域流體傳熱與相變過程細節(jié)掩蓋在臨界區(qū)域震蕩和對流傳熱不穩(wěn)定現(xiàn)象當(dāng)中。

本書第5章介紹了陳林研究員和印度理工學(xué)院P.K. Basu教授合作針對局部浮力效應(yīng)與熱加速現(xiàn)象對超臨界區(qū)域流動換熱，特別是湍流流動換熱的影響。

本書第7章介紹了工程熱物理所團隊進一步針對該問題在超臨界流體自然循環(huán)及其在能源系統(tǒng)中基礎(chǔ)傳熱和循環(huán)流動規(guī)律的探索：在國際上首次揭示了密閉回路中近臨界流體自然對流流動、傳熱穩(wěn)定性的規(guī)律及機制和預(yù)測關(guān)聯(lián)式，在此基礎(chǔ)上提出了穩(wěn)定性反饋、安全控制及優(yōu)化管理方法。

近期，陳林研究員正集中于發(fā)展多相位重構(gòu)激光測試等方法用于超臨界系統(tǒng)的高精度定量測量方面(近期論文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)，期望通過對超臨界流體界面?zhèn)鬟f的可視化研究，進一步解決跨臨界系統(tǒng)機理“看不清”、“測試難”的課題。