随着压水堆核动力系统对蒸汽发生器效率和体积的要求越来越高，直流蒸汽发生器以高效率、结构紧凑和模块化建造等优点受到国际上的广泛关注。直流蒸汽发生器二次侧流体经历从过冷水被加热到过热蒸汽的复杂汽液两相流动与换热过程，不可避免地发生蒸干传热恶化现象。蒸干的发生导致二次侧流体与管壁间的表面传热系数急剧下降，壁温急剧上升，使传热管束更易遭受应力腐蚀和老化失效等问题。目前研究以定热流加热方式下直管内蒸干为主，尚缺乏针对实际直流蒸汽发生器内蒸干的预测。因此开展直流蒸汽发生器蒸干及蒸干后传热特性研究对其安全稳定运行具有重要意义。
　　本文以Babcock&Wilcox公司设计的直管式直流蒸汽发生器为原型，基于近似模化法建立其简化的三维单元管物理模型。在此基础上，采用能够准确描述直流蒸汽发生器单相对流换热与传热管导热的数学模型和二次侧汽液两相流动与换热数学模型，并补充流场间质量、动量、能量传递以及流场与壁面间相互作用的封闭关联式，进行了如下数值模拟研究:
　　针对实际直管式直流蒸汽发生器蒸干及蒸干后传热特性，分别进行了基于拟合热流和一、二次侧耦合换热的数值模拟研究。发现在缺液区尽管液相仍处于饱和状态，但是蒸汽通过与壁面的对流换热吸收热量已经进入过热状态，导致缺液区发生偏离热力平衡现象，实际质量含汽率以相对于液膜强制对流蒸发区更小的轴向变化率上升。耦合换热边界下二次侧壁温飞升幅度较小(约26K)，壁温轴向变化率仅为几十K/m。与此相比，定热流边界下不仅蒸干位置较耦合换热边界提前，而且蒸干发生处壁温轴向变化率高达几百K/m。这意味着对于涉及到蒸干的直流蒸汽发生器或换热设备，要重点关注蒸干传热恶化引起的较高的壁温轴向变化率以及可能由此引发的应力腐蚀、甚至烧毁问题。
　　针对缺液区的蒸汽过热现象，定义了表征偏离热力平衡程度的新参数-偏离度(post-dl)并提出了预测缺液区过热蒸汽温度的方法。发现随着换热的进行缺液区偏离度越来越高，所研究范围内平均偏离度约为26％。参数-偏离度可用于预测缺液区的过热蒸汽温度，为直流蒸汽发生器传热区域的准确划分提供一定的参考。
　　针对直流蒸汽发生器不同工况和支撑板结构下的蒸干特性，数值研究了运行参数和支撑板对蒸干及蒸干后传热的影响。研究发现质量流速对蒸干后壁温的影响规律与偏离核态沸腾相反，这是由于发生两类传热恶化的机理不同所致。压力影响蒸干位置及蒸干处的壁温飞升幅度，随压力的增大蒸干位置逐渐向下游移动，相应的壁温飞升幅度减小。有支撑板且考虑缝隙时的滑速比低于其他两种结构，并且蒸干位置位于不考虑支撑板时的上游。支撑板下游漩涡产生的强化换热效应能够在一定程度上降低蒸干引起的壁温飞升，定热流边界条件下壁温飞升幅度由不考虑支撑板时的300K降低到约200K，并且壁温轴向变化率减小。这说明流道间布置的支撑结构在一定程度上有利于降低壁面温度。
　　针对直流蒸汽发生器缺液区壁温较高的问题，采用欧拉-拉格朗日法对液滴溅射时缺液区流动与换热进行了数值研究，揭示了蒸干发生处的液滴直径、液滴轴向流速和径向扰动、临界质量含汽率等蒸干参数对缺液区传热和壁温分布的影响规律。研究发现液滴直径的减小一定程度上有助于降低蒸干传热恶化及蒸干后偏离热力平衡可能造成的危害。液滴轴向流速值的大小直接决定着缺液区壁温轴向分布规律，但是当其达到或超过5m/s后对蒸干后壁温及表面传热系数的影响几乎可以忽略。临界质量含汽率是影响壁温分布规律的又一关键因素，随着临界质量含汽率的增大，壁温沿轴向的分布由下降逐渐变为上升趋势。在所研究范围内，适量的液滴能够有效地降低蒸干处壁温飞升的最大值及蒸干后整体壁温，强化换热效果最高达到60％。