翼型翅片PCHE的結構參數優化與流動傳熱的數值模擬

劉 晨 李啟明 鄒 楊 徐洪杰

1（中國科學院上海應用物理研究所 上海 201800）

2（中國科學院大學 北京 100049）

能源是我國社會、經濟保持可持續發展的關鍵，發展低碳清潔能源、降低化石能源消費比重是我國能源發展戰略的重要選擇［1?2］。印刷電路板換熱器（Printed Circuit Heat Exchanger，PCHE）是一種新型的緊湊式換熱器，其單位體積內可容納的換熱面積遠超其他類型的換熱器，因此近年來，在能源領域受到越來越多的關注［3］。PCHE換熱性能的提升，主要方式為改變內部流道結構和工質流體。PCHE的流道形式經歷了“平直流道-Z字形流道-S形流道-翼型翅片流道”的發展歷程［4］，其中翼型翅片PCHE 憑借其優良的換熱性能和相對較小的壓損代價，在核能系統的換熱器應用中受到了青睞，尤其在釷基熔鹽堆核能系統以及小型模塊化核能系統的熔鹽-熔鹽以及熔鹽-氣體換熱器應用上有很好的前景。

關于翼型翅片PCHE 熱工水力性能的研究，國內外多采用超臨界CO2、超臨界液化天然氣（Liquefied Natural Gas，LNG）以及超臨界水等作為工質流體，主要通過實驗方法和計算流體力學（Computational Fluid Dynamics，CFD）軟件Fluent 的數值模擬方法開展研究。Carlson［5］的實驗研究證實了翼型翅片PCHE 的壓降明顯低于Z 字形流道PCHE，但由于實驗數據有限，沒能給出相應的經驗關系式；Wang等［6］分別以熔鹽和合成油為工質對翼型翅片、直流道和Z 字形流道PCHE 的換熱性能做了實驗對比，發現翼型翅片PCHE 的換熱性能遠高于后兩者；Pidaparti 等［7］的實驗研究表明，在同等換熱性能下，翼型翅片PCHE 的體積比Z 字形流道PCHE 小14.1%；Kim 等［8］對翼型翅片PCHE 的……