能源使用结构不合理、能源使用效率低、污染物排放严重是当前世界面临的重大问题，严重制约着社会的发展和进步。在“碳达峰和碳中和”的背景下，开发先进高效的动力循环（如超临界二氧化碳（S-CO₂）布雷顿循环）可以为优化能源使用结构、提高能源使用效率和减少污染物排放做出重大贡献。

与普通动力循环相比，S-CO₂布雷顿循环提供了更高的效率和紧凑性，但也对循环中的换热器的性能提出了全新的要求，换热器需要承受更高的温度和压力，并具有更大的比表面积。印刷电路板换热器（PCHE）被认为是S-CO₂发电系统、跨临界热泵和制冷系统中最有前途的换热器之一。

现有研究系统地分析了微通道（直径小于3 mm的通道）单管中S-CO₂流体在不同影响因素下的传热特性，总结了超临界流体的传热特征，并探讨了浮力和热加速效应等问题。还研究了具有不同流道的PCHE中S-CO₂流动的热工水力学特性，并总结了相应操作条件下传热参数的相关方程。然而，当前文献中提出的大多数相关理论计算公式仅适用于小范围的实验参数条件下，并且缺乏适用于大范围边界条件的通用传热和流动的相关计算理论。

在NACA0020机翼型的基础上，提出了两种新的翼肋结构，结果表明，改进后的翼肋有效地减少了传热过程中的（火积）耗散，提高了传热性能。同时，与均匀分布的情况相比，通过改变翼通道中翅片肋的布置方式，传热得到了很好的强化，并且传热结构的设计得到了优化。传热结构的优化设计仍有很大的改进空间，后续研究应侧重于开发新的高效传热结构，以在流动阻力几乎没有增加的情况下实现传热强化，并进一步提高PCHE的功率密度。

关于S-CO₂系统中PCHE的设计方法，由于S-CO₂的热物理性质在临界点/拟临界点附近发生剧烈变化，传统的基于定物性发展而来的整体换热器设计方法（效率-传热单元数法、对数平均温差（LMTD）法）无法应用于S-CO₂换热器的设计。提出了一种分析PCHE性能的分段设计方法，该方法可以准确地捕捉换热器内S-CO₂流体传热性能的剧烈变化，并提高换热器的传热性能。在优化方法方面，从传热参数分布的协同性角度分析了直通道PCHE的传热特性，提出了两种提高分布协同性的方法，即变截面和插入翅片。提出了一种划分换热器的矩阵分析方法，分析了影响换热器总热负荷的因素。结果表明，当总传热固定且在子换热器之间均匀分布时，传热密度和温差分布协同角越小，相应的局部（火积）耗散率在换热器内的分布越好，这也为换热器的优化提供了一种新的有效方法。但也需要基于超临界流体的独特性质，发展新的强化传热理论来指导新型高效换热器的开发和优化，一些学者利用多目标优化方法得到Pareto最优解，以提高换热器综合传热性能。

目前的研究主要集中在稳态设计条件下的传热流动。考虑到实际应用中条件的变化，未来的研究需要分析S-CO2换热器在非设计条件下的性能，特别是在条件剧烈变化下换热器的瞬态响应性能，以应对超临界流体的动态振荡特性。

微通道换热器关系到整个循环，换热器的性能影响整个循环的效率。作为循环中热力转换的关键设备，对换热器进行全面、系统的研究和分析，将有助于提高整体系统的效率，国家“双碳目标”的实现。

这些工作得到了欧盟地平线2020研究与创新计划Marie Skłodowska Curie行动（批准号：882228）、国家重点研发计划（批准号：2017YFB0601803）、国家自然科学基金（批准号：51676185）和国家能源集团重大试点项目（编号：GJNY2030XDXM-19-10）等项目资助。

相关工作可参考如下文献：

(1) Jiangfeng Guo*, Jian Song, Suray Narayan, Konstantin Pervunin, Chrisots Markides, Numerical investigation of the thermal-hydraulic performance of horizontal supercritical CO2 flows with half-wall heat-flux conditions, Energy 264 (2023) 125845. https://doi.org/10.1016/j.energy.2022.125845

(2) Jiangfeng Guo*, Xinying Cui, Xiulan Huai, Keyong Cheng, Haiyan Zhang, The coordination distribution analysis on the series schemes of heat exchanger system, International Journal of Heat and Mass Transfer 129 (2019) 37-46. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2018.09.068   

(3) Zengxiao Han, Jiangfeng Guo*, Haiyan Liao, Zhongmei Zhang, Xiulan Huai, Numerical investigation on the thermal-hydraulic performance of supercritical CO2 in a modified airfoil fins heat exchanger, The Journal of Supercritical Fluids 187 (2022) 105643. https://doi.org/10.1016/j.supflu.2022.105643

(4) Xinying Cui, Jiangfeng Guo*, Xiulan Huai, Keyong Cheng, Haiyan Zhang, Mengru Xiang, Numerical study on novel airfoil fins for printed circuit heat exchanger using supercritical CO2, International Journal of Heat and Mass Transfer 121 (2018) 354-366. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2018.01.015

(5) Jiangfeng Guo*, Design analysis of supercritical carbon dioxide recuperator, Applied Energy 164 (2016) 21-27. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2015.11.049