液态铅铋合金管内流动传热特性研究

王 琛，王成龙，张 衍，张大林，田文喜，秋穗正，苏光辉

(西安交通大学 能源与动力工程学院，陕西 西安 710049)

近年来，铅铋快堆作为一种十分具有竞争力的堆型，已引起广泛的重视和竞相研究。在研究铅铋快堆的热工水力特性和设计其相关组件时，对铅铋合金流动传热特性的高度认识十分重要，同时针对铅铋合金的计算流体力学(CFD)研究也十分重要。

铅铋合金作为一种液态合金，其物性与水等常规流体之间的区别很大，从而导致其对流传热机理与常规流体之间的差异巨大。在铅铋合金中，其普朗特数(Pr)很低，约为0.01，导致其流动传热过程中，分子导热对整个传热过程的贡献不可忽略，这使得在常规流体中使用的相似准则已不再适用。目前文献中关于铅铋合金的实验较少，且集中在1960—1980年之间。近年来，卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)为研究铅铋合金的热工水力特性，搭建了实验回路THESYS和THEADES，并基于这两个回路提出了铅铋合金流动换热行为研究的五步法[1-2]。中国科学技术大学[3-4]搭建了整体性实验台架KYLIN系列，以研究铅铋反应堆中的材料腐蚀、热工水力和安全特性。基于该台架，开展了绕丝固定的61棒束模拟实验，用于子通道程序的开发和验证。由于在铅铋合金等液态金属中相似准则不适用，学界提出了湍流普朗特数模型，以应用于液态金属流动传热的数值模拟。在湍流普朗特数模型的推导过程中，采用了多种方法，如实验归纳、理论推导等。常见的湍流普朗特数模型有Cheng-Tak模型[5]、Reynolds模型[6]、Aoki模型[7]、Jischa模型[8]等。……