超临界二氧化碳与液态铅铋合金耦合换热模型与换热特性研究

摘要

铅冷快堆和超临界二氧化碳(S-CO_(2))布雷顿循环因其高的热效率、紧凑式设计被认为是最具前景的发电系统之一。液态铅铋合金(Pb/Bi)和S-CO_(2)在中间换热器耦合换热,然而2种流体的湍流输运特性与耦合传热行为相较于常规流体差异巨大,常规湍流模型无法准确预测其耦合换热性能。为获得两者间耦合传热的准确预测模型、掌握耦合传热规律,首先针对管内液态Pb/Bi和S-CO_(2)的湍流普朗特数(Prt)模型的适用性进行了比较分析,发现冷、热侧分别选择Tang、Cheng和Tak提出的Prt模型可获得准确结果;对两者的耦合换热模型进行了深入分析与校验,模拟结果与实验数据吻合良好;全面探讨了雷诺数、工质温度对2种特殊流体耦合传热能力的影响,发现套管式换热器热阻主要存在于S-CO_(2)侧,提升S-CO_(2)侧参数可以迅速提高传热性能,且当S-CO_(2)工质温度处于拟临界区时换热器的换热能力将大幅增强。