高溫熔鹽印刷電路板式換熱器的熱工水力特性研究

丁夢婷 陳玉爽 傅遠

1（中國科學院上海應用物理研究所 上海 201800）

2（中國科學院先進核能創新研究院 上海 201800）

3（中國科學院大學 北京 100049）

第四代裂變反應堆核能系統——釷基熔鹽堆核能系統（Thorium Molten Salt Reactor Nuclear Energy System，TMSR）是中國科學院戰略性先導科技專項之一，它具有安全系數高，換熱效率好，環境兼容性大等特點［1］。目前隨著小型模塊化釷基熔鹽堆的不斷發展，受小模堆空間尺寸、設備重量及傳熱效率的限制，對承擔熱傳輸作用的熔鹽換熱器性能提出了較高的要求。印刷電路板式換熱器（Printed Circuit Heat Exchanger，PCHE）的高效、緊湊等特點能很好滿足小模堆對換熱器設備的要求，從而實現熱量的傳輸和熱電轉換。影響PCHE綜合性能的主要結構參數是流道的流通截面形狀、流道結構、冷熱流體流動方式等。PCHE初始流道結構為直流形，后續通過優化改進不斷出現了Zigzag形、S形翅片和翼形翅片。針對不同的工作流體選取相適應的流道結構可以使PCHE的整體性能最大化［2-3］。

目前，國內外的研究學者針對不同的流道結構的PCHE做了大量的數值模擬研究。成翔等［4］分析了直流型PCHE對單相液態水的傳熱性能；在相同換熱量下，非均勻直流型PCHE相比于傳統繞管式換熱器芯體體積減小78%，功率密度提高了355%。Figley等［5］以氦氣為工質對直流道PCHE進行了模擬仿真，發現流道截面為半圓形的通道臨界雷諾數（Re）是大于圓管通道的（2300）。在直通道的基礎上，不少研究學者提出了Zigzag型通道通過擾流以達到增強換熱的目的。李磊等［6］建立了Zigzag通道的層流模型，結果表明，在強化傳熱的同時摩擦因子遠大于半圓管直流通道的PCHE。……