布雷顿循环是近年来大型换热设备中常用的换热循环系统,整个闭合系统循环与传统朗肯循环相比换热效率有所提高,将其应用到核电换热系统中,将会提高整体换热设备的效率,以达到资源最优化利用的目的。PCHE(印刷板式换热器)相比于常规板式换热器而言,具有结构紧凑,安全性好等优点。本文基于核电布雷顿循环系统PCHE微通道,利用三维建模软件PROE建立微通道物理模型,通过数值仿真软件模拟计算微通道内超临界二氧化碳工质流动过程中的传热特性和熵产,根据计算结果分析了各个工况参数对传热效率的影响规律,其目的为实际应用过程中提供安全性参考。超临界二氧化碳热物性参数变化规律理论研究。二氧化碳是一种安全无毒,传热效果好且易于取得的工质,将其应用到换热器微通道内,将使整个换热设备工作效率有着一定程度的提高。超临界二氧化碳即二氧化碳的压力和温度均处于临界值(7.38MPa,31.04℃),其物性参数在临界值附近有着较为明显的变化。通过分析二氧化碳密度及比容分布曲线可知,压力与温度对二氧化碳热物性参数影响较大,特别是比热容,具体表现为二氧化碳比热容随温度的升高呈现先升高后降低的分布曲线,特别是在临界点附近,比热容变化较为剧烈,先急剧升高达到峰值后急剧降低,其比热容峰值随温度的升高逐渐右移,且当压力参数为8MPa时,比热容达到最高峰值及此时超临界二氧化碳传热效果最好。微通道内超临界二氧化碳传热特性影响规律研究。本文采用数值模拟仿真软件,基于三维微通道物理模型,计算分析超临界二氧化碳在微通道内的传热特性。本文首先以PCHE单通道模型为基础对通道截面形状开展数值研究,计算通道截面形状变化对通道内超临界二氧化碳传热特性的影响规律。在数值模拟研究过程中,引入结构因子无量纲参数,分析结果表明,不同通道截面形状对管内流动工质传热特性具有一定程度的影响,当截面形状结构因子为1即通道截面形状为半圆形时,管内超临界二氧化碳工质传热效果最好。系统内工况参数的变化对通道内流动工质传热特性也具有一定程度的影响。其中系统压力的减小会使超临界二氧化碳物性越接近临界物性即比热容越大,冷流体出口温度越高,通道内扰动程度增大,雷诺数增大,微通道内冷热流体间换热效果越好。同样,入口质量流速及热流体入口温度的增加均会使冷流体出口温度升高,冷热流体间换热效果提高。微通道内超临界二氧化碳传热过程中熵产规律研究。熵产是描述系统不可逆程度的物理量,可以将其作为衡量系统内换热效果的参数。基于PCHE微通道物理模型,利用数值模拟软件CFD计算不同工况下通道内冷热流体熵产,分析通道内不同工况参数对熵产的影响规律。通过分析计算结果可知,系统压力的增大会引起熵产的升高,即通道内换热效率的降低,随着系统压力的增大,熵产随之升高,系统不可逆程度增大。同时入口质量流速的增大及热流体入口温度的升高均会引起通道内熵产的升高,通道内换热效果有所恶化。