加速器驱动次临界系统(ADS)采用分离-嬗变的先进核燃料循环技术,在充分利用核燃料的同时,大幅降低了放射性废物的体积和毒性,对实现核电可持续发展有重要意义。为此,中国科学院成立ADS战略先导专项,确定采用液态铅铋合金(LBE)和氦气作为系统一、二回路的流动工质,对ADS系统关键技术和相关基础科学问题展开研究。在先导专项的资助下,工程热物理研究所负责设计搭建LBE-氦气流动换热综合实验平台(LELA),对工质流动换热特性及LBE-氦气换热器进行研究。本文基于LELA实验平台,采用数值模拟方法对实验平台的关键设备,即LBE-氦气换热器进行优化研究,以期为未来ADS换热器的优化设计提供方向。本文对基于熵产最小法、场协同理论、(?)耗散理论、成本最小法以及JF因子的几种常用的换热器评价方法进行了对比分析,并运用遗传算法研究了换热器传热性能及压降等与(?)耗散数和总成本的关系。结果表明,每个性能评价方法都有其相应的侧重点和不足,考虑本文优化设计的目的在于以较小的能耗获取较大的传热量,JF因子在传热系数和压降之间找到了一个折中点,很好地平衡了二者之间的关系,本文确定采用JF因子作为换热器优化的性能评价指标。在确定评价指标的基础上,论文对单弓型折流板换热器、盘-环型折流板换热器和螺旋型折流板换热器进行了数值模拟,研究了不同折流板类型下换热器的壳程流场、温度场及压力场分布情况,通过对比换热器总传热系数、压降、出口温度及JF因子,分别得到综合性能最佳和传热强度最大的换热器类型。研究结果表明,螺旋折流板换热器综合性能最佳,单弓形折流板换热器传热强度最大,而盘-环形折流板换热器压力损失最大,且传热系数较低,为相对最差的换热器类型,一般情况下不宜用。在上述研究基础上,论文进一步对折流板缺口弦高分别为0.5D、0.4D、0.3D、0.24D和折流板间距分别为1.5D、1.3D、1D、0.8D、0.6D的20组单弓型折流板换热器进行数值模拟,研究了不同折流板间距或缺口弦高对壳程流场、温度场、压力场及总传热系数和压降的影响,并利用JF因子得到了折流板缺口弦高为0.2D时的最佳折流板间距,折流板间距为1D时的最佳缺口弦高,拟合得到了最佳折流板缺口弦高随折流板间距的变化曲线,获得了折流板间距和缺口弦高的最佳匹配关系。