超临界水堆（Supercritical Water Reactor,SCWR）是国际上选用的四代堆型六种中的唯一水堆,因其具有系统简单、经济性好、安全性好、热效率高及技术继承性好等优点而引起国内外研究者广泛关注。超临界水在管道中流动运行时,由于流体本身的纯净度问题及流体对管道的腐蚀作用等原因,超临界水管道中会形成一定量的纳米颗粒。这些纳米颗粒的存在会改变超临界水的流动换热特性,对超临界水堆正常稳定运行产生影响。因此,研究含纳米颗粒超临界水的流动换热规律具有重要的意义。针对纳米颗粒的基本物理性质,同时考虑纳米颗粒粒径同水分子自由程的相对大小关系,以克努森数为判定标准,将纳米颗粒在超临界水堆中的管道流动区域划分为连续介质区与自由分子区。对不同粒径的纳米颗粒选择了不同的在超临界水的计算方法。采用CFD数值模拟方法,综合考虑热泳力、湍流力、布朗力和重力等纳米颗粒受力,搭建了连续介质区含纳米颗粒超临界水流动换热的数值计算模型;利用LBM算法,建立纳米颗粒迁移及其与水分子碰撞模型,编制了自由分子区纳米颗粒在超临界水中流动行为模拟程序NANOLBM。研究了纳米颗粒粒径和体积份额相关属性、超临界水物性、管道加热功率等不同因素对于含纳米颗粒超临界水流动换热系数的影响。通过与实验数据比较分析了相关数值计算结果的偏差,以验证数值计算的可靠性。运用关联度分析方法比较了上述各因素对于含纳米颗粒超临界水流动传热的影响权重。计算结果表明含纳米颗粒超临界水流动换热存在以下规律:在连续介质区,随着纳米颗粒粒径的增加,纳米颗粒体积份额的升高,以及超临界水流速的增加,超临界水对流换热系数将随之增大;随着超临界水压力的升高,超临界水对流换热系数则随之减小;随着功率的升高,超临界水对流换热系数将先增大后减小。在自由分子区,随着纳米颗粒粒径的减小,纳米颗粒体积份额的增加,以及超临界水流速的增加,超临界水的对流换热系数随之增大。随着超临界水压力的增加,超临界水换热系数先增大后降低,随超临界水流速增大而增大。随着管道加热功率的增加,超临界水对流换热系数将先增大后减小。各因素对换热系数的影响大小按关联度排序为:颗粒粒径>颗粒体积份额>超临界水压力>超临界水流速>管道加热功率。垂直流动超临界水管道内纳米颗粒的受力分析结果表明,纳米颗粒粒径与纳米颗粒体积份额改变时,主要影响了重力与摩擦力的大小,导致更多纳米颗粒附着于管道壁面上,造成管道近壁面升温速率加快,传热系数更高。改变超临界水的物性参数等条件,会改变段中超临界水临界点的轴向位置和流动换热系数的极值。