近年来,超临界直流锅炉和超临界核电机组是研究的重点,但是超临界水在设备管道中流动的过程中冲蚀管道壁面,形成细颗粒腐蚀产物。细颗粒受到热泳力、重力、惯性力和湍流作用等外界力作用,沉积在管道壁面上,特别是管道弯头和接口等部位。细颗粒沉积在管道壁面上会加速管道的腐蚀,造成设备管道寿命减短等后果,而且管道中一定数量浓度的颗粒物会对汽轮机叶轮产生非常严重的威胁,严重影响汽轮机的安全运行。对超临界水中细颗粒物运动沉积实验台架进行计算和实验设计,研究超临界水中颗粒物运动沉积规律具有非常重要的意义。首先,基于非能动自然循环原理,设计了超临界水中细颗粒物运动沉积自然循环实验回路。采用预热段和加热段两段加热,加热段出口设置实验段,用于测量实验段中颗粒物运动。根据超临界水的特殊性质,对超临界水中细颗粒、超临界水实验段管道形状、超临界水实验段视窗材料和测量方法进行了选择和设计。其次,利用PRO/E软件对超临界水实验通道进行了全尺寸建模,利用ANSYS软件分别对整体实验通道与实验段通道进行了网格划分和数值模拟。在考虑重力、热泳力和压力梯度力等作用的情况下,研究了温度、压力、速度和颗粒物浓度在超临界实验回路中的变化,并根据模拟情况对实验段通道进行了选择。再次,利用自编程序ECSP,计算了超临界水实验管道中颗粒物的沉积率。得到了不同温度、压力、管道长度、粒径和速度情况下的沉积率,定量分析了超临界水中颗粒物沉积率随不同因素变化情况,并利用神经网络方法对影响管道中沉积率的主要影响因素的重要性进行了分析。最后,设计并搭建了超临界水中细颗粒物运动沉积实验台架系统。该台架以超轻空心微珠为颗粒材料、以人造蓝宝石为视窗材料、以窄矩形通道为实验段、以粒子图像测速仪为颗粒测量装置。通过实验和计算得出,超临界水的压力随温度升高而升高;流量和压差随温度增加而增加;细颗粒物沉积率随温度升高而增大,在临界点附近随温度先增加后减小;随粒径和管道长度增加而减小;随流速先增加后减小;影响超临界水中颗粒物沉积率的主要影响因素重要性排序为:粒径>入口速度>入口温度>管长>压力。并对超临界水中以表面粘性力为基础的颗粒碰撞机理;以自然循环条件下颗粒受到的热泳力、浮力、重力为主导,考虑超临界水物性变化的颗粒沉积机理进行了分析,为超临界锅炉和核电机组的管道管理和安全性分析提供了参考。