采用场协同理论和二次流对弯曲通道内的对流换热进行分析,结果表明,弯曲通道的拐角可以增强对内部流动的扰动,有效强化换热;另一方面,与直通道相比,弯曲通道内流体的速度场和温度梯度场分布改变,两场的协同度提高,换热得到强化。在拟临界点附近,S-CO2的物性参数发生剧烈变化,强化局部换热。

考虑到物性变化和通道结构对内部对流换热的综合影响,提出采用De/Gr*来表征弯曲通道内离心力与浮升力影响的相对大小。使用S-CO2流体研究冷热通道内强变物性流体的耦合换热特性,通过向量分析和统计分析的方法分析局部换热系数的沿程分布,推导出分布协同角与总体不均匀度两个参数,结合数值模拟研究发现:提高两侧局部换热系数的分布协同度（即增加两侧换热系数沿程分布的相似度）,减小分布的总体不均匀度,能够有效提高总体换热性能。开发出两种用于PCHE的新翼型翅片,数值模拟分析的结果表明:与已有的NACA 0020翼型翅片相比,其中一种新翼型翅片的换热和流动性能均有提升,综合性能提高;另一种新翼型翅片的流动阻力显著降低,高雷诺数条件下综合性能优异。

翅片的交错排布和优化的外形结构能够减弱边界层的影响,改变速度场、温度梯度场及两场的协同度,强化换热性能;流线型的翼型结构可以有效减小流动阻力。对新翼型翅片PCHE中超临界压力CO2与水的换热进行了试验测试,实验发现,与CO2侧流量相比,CO2侧入口温度对整体性能的影响较小;在入口雷诺数范围为10000~34000的工况中,CO2压降总体保持在较低水平（小于CO2侧运行压力的0.25%）;增加CO2侧压力可以提高换热量并减小压降,当CO2侧压力从7.62 MPa提升至8.65 MPa时,换热量增加约30.51%,压降减小约23.44%。