超临界二氧化碳在印刷电路板式换热器内的流动换热特性研究

徐 哲，张明辉，段天应，付 文，李秋龙，李培跃

(洛阳船舶材料研究所，河南 洛阳 471023)

随着世界能源消耗量的增加及能源结构的调整，第4代核反应堆系统受到了极大的关注[1]。目前，传统的郎肯循环仍是核反应堆系统中应用最广泛的动力循环。与朗肯循环相比，超临界二氧化碳(SCO2)布雷顿循环系统能提高热效率，减少设备投资。超高温气冷堆和钠冷快堆可与SCO2布雷顿循环系统相结合[2-4]。SCO2布雷顿循环系统中的回热器、预冷器等换热器是系统的关键设备之一，其安全性能和换热效率直接影响整个系统的安全性和效率[5]。由于空间的限制及设备较高的运行温度和压力，传统管壳式换热器和板式换热器难以满足需求，需要采用耐高温、高压的紧凑式换热器。

印刷电路板式换热器(PCHE)是一种微通道换热器，其流体通道是在金属板片上采用光化学蚀刻技术加工形成的，通道截面以mm级的半圆形结构为主。与传统换热器相比，PCHE具有换热效率高、耐低温高温(-196～900 ℃)、耐高压(60 MPa)等优点。与同等热负荷的传统管壳式换热器相比，PCHE的体积和质量可减少85%以上[6]。PCHE在海洋油气处理平台[7]、核能[8-9]、光热发电[10]、氢能源[11]等众多行业都具有十分广阔的应用前景。

流动换热特性是PCHE热工设计的基础。目前，国内外针对PCHE的流动换热特性开展了大量研究。Nikitin等[12]进行了PCHE的流动换热实验，并根据实验结果拟合了传热和压降的经验关系式；Kim等[13]利用氦循环实验台架，测试了层流区域氦气的流动换热性能，同时结合数值模拟结果进行了分析；……