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绪论
- 背景
煤炭是世界三大能源之一，在中国，煤炭占全部一次能源消费的70%以上，尽管我国的能源结构在不断调整、新能源产业在持续发展，但煤炭作为我国的基础能源，在国民经济中占有极为重要的战略地位，我国富煤贫油少气的能源禀赋特性，从根本上决定了我国在未来的30～50年内，仍会以煤炭作为主要能源结构。具体到电力行业，燃煤发电机总容量更是占到总装机容量的62%，尽管现在大型燃煤发电站基本都具备完备的环保设备和严格的排放指标，但由于煤炭本身高含硫，高含灰等性质以及庞大的燃烧基数使得传统燃煤发电等污染物排放依旧产生了不可忽视的环境问题。
煤炭作为我国的主要消费能源在短期内不会改变，我国现有的燃煤发电技术主要是通过煤在空气中燃烧，将煤的化学能转化为热能，再加热水蒸气将热能转化为动能发电。由于我国的煤电占比较大，如何实现煤炭的高效、清洁利用成为一个待解决的问题。对于煤炭的清洁利用，煤气化技术因其高效、低耗、无污染的特点成为煤炭清洁利用的一条主要途径，现有煤气化技术主要分为固定床气化、流化床气化和气流床气化等，而“煤炭超临界水气化制氢发电多联技术”[1]也因其所具有的高效、低成本优势进入人们的视野。“煤炭超临界水气化制氢发电多联技术”利用超临界状态下的水（压力和温度达到或超过临界点 374.3℃/22.1MPa）做煤气化反应的媒介，将煤中的碳、氢元素气化转化成为H2和CO2，并将部分水分解为H2，从而实现煤的高效清洁利用。对于煤气化后产生的H2O/CO2/H2或H2O/CO2混合流体，其热物性的研究是实现超临界水煤气化技术大规模工业化的关键。
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- 研究介绍及意义
在本次研究中，选择超临界H2O/CO2混合流体为研究对象，以超临界状态下H2O和CO2 的传热相关性以及混合工质传热特性作为研究依据，结合超临界工质传热的实验数据以及在文献中选择的若干种相关系数，进行比较分析，对超临界H2O/CO2混合流体的传热关联式进行校核，以期获得一个较为准确的关联式或发现新的传热关联式。在此之前，我们需要先超临界工况下H2O和CO2的传热特性，物理性质和参数趋势，收集公开文献中有关两者的实验数据，根据影响超临界传热的多种传热增强（HTE）和传热劣化（HTD）因素，选择相关系数，对已发表的换热经验关联式进行校核。
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- 超临界H2O/CO2混合流体的参数计算
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超临界流体是一种物质状态，当物质在超过临界温度及临界压力时，气体与液体的性质会趋近于类似，最后会达成一个均匀相的流体状态。在超临界流体中没有气体与液体之间的相界限，因此不存在表面张力。二种以上的超临界流体，只要温度及压力超过其临界点，二者均可以混溶，形成单一相的混合物，同纯流体一样存在单一的临界点。二元混合物的临界点介于二者的临界点之间，但混合系统在微观分子上的相互作用复杂，若仅使用简单的组分摩尔分数进行加权平均计算则不能达到科研精度的要求，因此需要采用混合法则对混合体系的各项参数进行计算。常用的混合法则有van de Waals、H-V[2]、MHV1[3]、MHV2[4]、LCVM[5]和W-S[6]等，本次研究采用的van de Wassls混合法则计算简便，且有文献[7、8]指出其对更为复杂的混合法则仍具有很好的计算精度。
本次研究采用的van de Wassls混合法则行使如下：
（1）
（2）
（3）
其中为通过二元相互作用系数，一般通过气液相平衡的实验数据确定。对于H2O/CO2混合体系，采用文献[7-9]所给出的通过实验数据回归的二元相互作用系数。
混合工质的状态方程可使用P-R方程计算二元混合工质的PVT性质，P-R方程其纯工质状态方程如下：
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