蒸發式換熱器結構及熱工水力特性計算分析

張之超，高建民

(1.香港大學 機械工程系，香港;2.哈爾濱工業大學 能源學院，黑龍江 哈爾濱 150001)

熱交換器的種類有很多，當熱交換器工作在高溫高壓(管程溫度可達400℃)環境下時，考慮到主熱交換器冷卻功率應與加熱功率相匹配，且對不同實驗工況投入的加熱功率差別可能很大，主熱交換器必須具有很寬的散熱功率調節范圍，且考慮到其節能節水，因此選用蒸發式U形管熱交換器［1-2］。

作為換熱設備，熱交換器工作在高溫高壓的環境下，且在換熱過程中涉及到相變，一回路工質與二回路介質之間的熱量交換是在液體或氣體流動過程中進行的，這些流動直接影響到熱交換器的安全性和經濟性，因此熱工水力問題成為熱交換器設計中要考慮的重要問題。同時一回路的工質工作在高溫高壓環境中，二回路參數與一回路相差較大，這些特點對熱交換器的結構和強度設計提出了非常苛刻的要求。此外，系統特性研究對于熱交換器的設計也是十分必要的，在不同負荷工況下，總的傳熱系數，一二次側溫度壓力的變化都直接關系到熱交換器的傳熱過程［3］。

由于相關資料主要集中在管殼式換熱器和蒸汽發生器設計方面，本文在總結之前資料基礎上，參考中國原子能科學研究院有關超臨界水試驗回路的設計參數，選用更為合適于相應工況的經驗或理論公式［4-7］，同時完善設計過程，更為全面地對1 MW實驗回路用熱交換器進行結構設計并編程熱工水力計算以及系統穩態特性分析，其中系統特性分析又考慮不堵管和10%堵管兩種情況［8］，輔以 CAD和Solidworks繪圖設計。……