超临界水在大型换热器中的流动与传热强化研究
超临界水在锅炉或反应堆等大型换热设备中的应用能够大幅提高其出口工质热力参数，从而提高发电设备的整体经济性。然而超临界水在大比热区的特殊热物理性质及其在高焓值区较低的吸热能力使得其高温条件下的应用受到了一定的限制，因此对超临界水在大型换热器中，尤其是高温条件下的传热强化的研究十分重要。本文以超临界锅炉水冷壁及反应堆堆芯为对象，利用商业CFD软件对超临界水在内螺纹和定位格架等扰流部件影响下的流动和传热强化特性进行了数值研究，重点分析了受热面内冷通道中工质流动及传热在径向及周向分布特性，并揭示了其相关机理。 针对内螺纹管的数值研究表明，内螺纹的导流作用在垂直于主流的方向造成了较强的二次流场，而主流焓值的变化对二次流场的基本结构几乎没有什么影响。局部传热在内螺纹管周向和径向分布不均，超临界水在螺纹顶部区域的换热效果远好于螺纹底部。在螺纹顶部表面形成的单个旋涡产生一个压力相对较低的区域，使得这个该区域传热得到强化。在大比热区，由于流体热物性急剧变化，换热的不均性更加显著。螺纹底部是换热的薄弱点，内螺纹管结构优化的重点应集中在该区域。 针对装配有定位格架的反应堆堆芯的数值结果表明，由于流动阻塞效应的影响，高温条件下燃料棒包壳表面温度周向分布不均，中心区最低而窄缝区最高。在标准型定位格架的下游，严重的抑流作用使得窄缝区的周向温差增加，传热效果减弱;带有交错叶片的定位格架的下游，包壳周向流动与传热特性差异很大，在下游小部分区域传热性能有所增强，但是由于旋流作用的影响，周向大部分区域的传热减弱，因此旋流不利于超临界水在高焓值区的传热，定位格架下游的换热弱化现象或许是超临界反应堆紧凑型堆芯的特有现象，须在堆芯设计中加以重视。
超临界水;二次流;换热器;强化传热
大连理工大学
硕士
热能工程
邱庆刚;朱晓静
2015
中文
TK124
62
2015-11-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）