进入21世纪,能源领域、航空航天、生命科学、医疗护理、新型材料等应用工程飞速发展,设备功率逐渐提高相应的热负荷也不断提高,传热学作为基础学科也相应面临着前所未有的挑战,寻找高效而可靠的冷却手段应对热负荷的挑战迫在眉睫。超临界流体由于在流动和传热方面具有与其他状态流体不同的特性,使得超临界流体在化学工程、航天技术、动力工程、超导体冷却等相关领域有着广泛应用或潜在的应用价值,因此越来越多的科研人员将研究内容转向超临界流体换热。目前国内外对超临界CO₂和水进行较多研究,而超临界氮的基础研究相比之下较少。因此本文对圆管内超临界氮竖直向下流动换热进行研究,重点分析质量流速、热流密度、系统压力等系统参数对超临界氮换热特性的影响,并从浮升力和热加速度角度对换热特性进行分析,深入机理研究;同时分析了管径因素对超临界氮换热的影响。通过对质量流速、热流密度、系统压力等系统参数的多组工况进行模拟与对比,从换热系数、浮升力、热加速度、边界层效应等诸多方面对超临界氮换热特性进行分析。结果表明:系统压力不同时,换热系数随主流温度先增加达到峰值而后下降,给予更高的系统压力,换热系数的峰值出现向后移动的趋势,换热系数整体出现下降的趋势。且发现给予更高的质量流量会使得换热效果更好,换热强化效果更明显。在下降流动过程中,所产生的浮升力会抑制换热,使得流体换热向传热恶化趋势进行,因此热流密度越大时,相应的换热系数越低。而与此同时高质量流速的情况下浮升力准则数Bo^*小于阈值,对换热的影响忽略不计,可以有效地抑制传热恶化。同时热加速度准则数Kv低于阈值,在竖直向下流动过程中热加速度对换热的作用效果不明显忽略不计。