熔盐堆用U型管壳式换热器的传热与流动特性模拟分析

摘要: 为更好的理解和掌握熔盐换热器的运行特征，并给熔盐堆中换热器的设计和运行累积经验，本文以美国橡树岭国家实验室10MWt熔盐实验堆（MSRE）用的主换热器为研究对象，基于该换热器的设计参数，应用管壳式换热器的理论计算方法（包括Kern方法和Bell-Delaware方法）、换热器设计软件HTRI Xchanger Suite和计算流体力学方法（Computational Fluid Dynamics, CFD）对换热器的关键性能指标（如换热系数、压降和换热功率）分别进行了计算分析，并与MSRE主换热器的实验数据进行比较分析。结果表明：两种理论计算方法（Kern方法、Bell-Delaware方法）、HTRI软件及CFD仿真模拟的结果与实验结果的差异均在可接受范围内，其中Kern方法与MSRE实验所得的换热量相差最大、约为15%，HTRI软件模拟与MSRE实验所得的总换热系数相差最小、为0.16%；理论计算方法、换热器设计软件及CFD仿真均不同程度适用于熔盐-熔盐换热器设计，且CFD仿真还可对换热器内部传热和流动细节进行直观描述。