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桨叶换热器是一种间接搅拌型换热设备,由壳体、上盖、热轴、空心桨叶以及旋转接头等组成,加热介质一般为热水、蒸汽和导热油,工作温度范围在常温到300℃之间。高温熔盐是一种优良的传热蓄热介质,尤其是硝酸熔盐,具有熔点低、腐蚀性低、比热容大、热稳定性好等优点。本文作者研制了一种使用硝酸熔盐作为加热工质的桨叶换热器,可将桨叶换热器的工作温度范围拓宽至300~600℃。但是,高温熔盐在桨叶换热器内的流动和传热特性,还缺乏基础的研究数据;旋转接头作为关键部件,目前使用温度一般不超过300℃,使用温度在300~600℃的高温熔盐旋转接头还有待研究。 本文首先采用数值模拟的方法对高温熔盐在桨叶热轴内的流动与换热特性进行研究,得到了基础的流动与换热数据。模拟结果表明:桨叶热轴的压降主要由高温熔盐流经流通孔和空心桨叶而产生,空心桨叶的换热量占总换热量的75%左右。其次,设计了一种高温熔盐旋转接头,搭建了静态高温熔盐旋转接头装置,研究静止状态下高温熔盐旋转接头的温度特征和密封特性。通过实验观察了固态熔盐的熔化和加热过程,得到了旋转接头的稳态和动态的温度特征;定性观察了旋转接头静止状态下的泄漏情况,在450℃~500℃高温熔盐下,工作约150小时未发生泄漏。最后,建立了在高温熔盐流动条件下旋转接头热特性数值模型,模拟旋转接头尤其是密封结构的温度分布并计算旋转接头高温热应变;提出了外部冷却和内部隔热的旋转接头性能改进理论方案,进行了数值分析,数值结果表明:采用外部冷却和内部隔热相结合的方式,能够有效降低密封结构的温度。