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偏滤器是国际核聚变实验堆(International Thermonuclear Experimental Reactor,ITER)中关键组成部分,承受核聚变反应堆在正常运行和等离子体破裂时的极大能量负载,怎样排除偏滤器受到的大量热载成为一个关键问题。(1)复合换热管的传热与压降性能的实验研究多种强化传热方式的复合可增强传热效果,将内肋强化换热技术与内插扭带管的强化换热技术相结合设计出一种复合换热管。实验以去离子水为介质,在单面受热载条件下,研究了扭带扰动比、扭带宽度比、内螺纹螺距和质量流速对管内流动对流换热系数和压降的影响规律。并对复合换热管、螺纹内肋管、内插扭带管和光管的管内流动的对流换热系数、压降和综合性能评价因子进行了对比实验研究。结果表明:与其他三种管道相比,复合换热管的对流换热系数和压降最高,且具有较高的综合性能评价因子;复合换热管能对边界层和主流流场区域起到协同强化传热的作用;对流换热系数和流场压降与扭带宽度比、内螺纹螺距和质量流速成正比关系,与扭带扰动比成反比关系。(2)非均匀加热条件下内插扭带管强化传热模拟分析内插扭带管能够有效的强化传热,数值模拟内插扭带管和光管管内流动过冷沸腾传热。以水为工作介质,采用欧拉多相流模型和非平衡沸腾模型,流速在0.3-0.7 m/s范围内,工作压力为4.5 MPa,热流密度为2 MW/m2。对比了两种管道的换热系数、空泡份额、流动速度、流场流线、固体组件温度和压降,并分析了内插扭带管的综合性能。结果表明:和光管相比较,内插扭带管的换热系数提高约6%-90%,流动速度提高约5%-15%,压降增大约200%-250%;内插扭带管相较于光管有推迟泡核沸腾起始点(Onset of Nucleate Boiling,ONB)的作用,且截面平均空泡份额小于光管;且流速在0.4-0.6m/s范围内,内插扭带管的综合性能评价因子η为1.1-1.3。(3)高压和高热流密度条件下过冷流动沸腾CHF关联式从15个独立的公开文献中收集了 1356个CHF实验数据点,并评估了过冷水流动沸腾过程中10个现有的CHF关联式。根据分析评价,在收集的CHF关联式中,W-2关联式对于数据库的预测效果最佳。然而,对于建立的数据库,W-2关联式的预测平均绝对误差(Mean Absolute Error,MAE)不够理想。其中对于Celata等数据库,W-2关联式的MAE为30%至50%。为了提高在高热流密度和高压下过冷水流动沸腾CHF的预测精度,本文开发了两种新的入口条件和出口条件CHF关联式。分析结果表明,新的入口条件关联式的MAE为10.05%,均方根误差(Root-Mean-Square Error,RMSE)为 16.61%。整个数据库中 68.1%的数据预测误差在10%以内,81.5%的数据预测误差在15%以内,87.3%的数据预测误差在20%以内。新入口条件CHF关联式的MAE比W-2关联式低7.4%,比出口条件关联式低6.41%,这进一步证实了其优越的预测准确性和可靠性。此外,新的入口条件CHF关联式不仅适用于均匀的高热流密度,而且适用于不均匀热载条件下,高压和高热流密度过冷水流动沸腾的CHF预测。通过实验分析复合管道的换热性能,研究各个参数对换热性能的影响;并且采用数值模拟分析的方法研究内插扭带管的换热性能、气泡分布情况、固体组件温度分布和压降等;最后建立高压高热载条件下的临界热流密度(Critical Heat Flux,CHF)实验数据库,开发新的具有高精度的两个CHF预测关联式。该研究可为聚变堆偏滤器热工水力学的优化设计提供一定的理论指导。图[30]表[8]参[92]