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摘 要：随着我国核电厂建设水平的不断提高，对换热器类型的应用提出更高的要求。尤其当前核电厂建设过程中注重经济性的同时更强调安全性，需要对应用的换热器进行计算分析，以此推出其传热的系数与面积，确保所选择的换热器可发挥重要作用。本文主要对换热器的相关介绍、各换热器的传热系数与面积相关计算、以及比较分析结论进行探析。
关键词：换热器；核电厂；应用；计算
前言：核电厂实际建设中为满足工艺要求通常需做好换热器的选择工作，其中的换热器在应用中主要使热量向冷流体设备进行传递。然而现行核电厂中应用的换热器多以管壳式类型为主，尽管结构较为简单，却难以取得较高的换热效果，而且乏燃料在冷却系统应用中往往存在一定的剩余量，其会进行热量的释放。对此实践研究中发现通过换热器的合理选择对核电厂安全、可靠、经济运行目标的实现具有十分重要的意义。
一、换热器的相关介绍
当前核电厂中应用的换热器主要包括四种类型：第一，列管式类型。该类型换热器又可称为管壳式，其在构成上体现在封头、花板以及壳体等方面。由于其自身制造较为容易且结构整体简单，成为核电厂建设中应用极为广泛的换热器类型。为促进该类型换热器传热效率的提高要求进行结构与管件的适当改动，使换热过程中可从管板进口使液体流入并在另一出口处流出。除该流体外也存在其他流体会在管束与壳体中进行流动，该过程往往被叫作壳程，此时的传热面积便为管束表面积。第二，波纹管类型。该类型换热器在特征上主要体现在内壁与外壁设计中都以波纹形状为主，其中外壁作用在于使传热表面得以扩大，而内壁功能体现在对流体流动情况进行适时调整，二者结合可实现双面传热的目标。第三，板式类型。该换热器在构成中主要以压紧板、板片以及密封垫片等为主。其中板片在分布上具有一定的规律，形成板束。因起自身选用零部件较少且具有较高的通用性，是当前核电厂推广应用的主要换热器类型之一。第四，螺旋板式类型。其应用的原理在于流体流动于螺旋通道内，且将定距柱设置于螺旋板处，这样可使流体在离心力作用下实现湍流。应用的优势主要体现在可将流体压力损失充分利用，且换热器传热效率得到很大程度的提高[1]。
二、各类换热器传热系数的相关计算
关于管壳式类型在传热系数方面的计算，可结合以往学者研究的关于圆筒壁传热相关计算方式，分别以a1与a2表示管内与管外两处的流体放热系数。其中a1为λNu/di。其中λ用于表示冷却剂热导率，Nu表示努塞尔数，而di是传热管的内径。其中的努塞尔数可设定在0.023Re0.8Pr0.4。而a2则可用λ/Nu/da表示，其中da用于表示相应的计算直径，此时对努塞尔数可设定为0.027Re0.8Pr0.33。在此基础上便可结合传热器传热面积的相关计算公式推出具体的传热温差与面积等。其他三种类型换热器均可采用同样方式进行计算，但需注意由于换热器自身结构与应用原理不同，所选取的努塞尔数应进行适当调整，可依次推出相应的换热器传热面积[2]。
三、换热器比较分析
结合上文中具体计算内容，假定核电厂中冷却水热交换器在应用中在运行压力方面为0.85MPa，温度设定在50℃，此时分别进行各换热器的比较。结合波纹管式类型、螺旋板式类型与板式类型各自的壁厚与直径以及管壳式传热管尺寸，可总结出以下两方面规律。
第一，各类型换热器在功率增加的情况下自身传热系数不会发生变化。但保持同等功率时，可发现传热系数较差的主要为管壳式类型，而最具优势的则以板式换热器为主。产生这种情况的原因主要由于管壳换热器应用通常需将折流挡板设置其中以保证流体在壳程中以良好的湍流状态运行，且折流挡板将分别与换热管、壳体构成旁路。但应注意折流挡板的作用可保证流体保持良好流动状态，因流体流动中会经过其中的旁路，将难以进行换热过程，由此便出现管壳式换热器换热系数较低的情况。而利用板式换热器过程中可发现，换热器板片构件主要以波纹形、槽形等形状存在，板片的结构设计可使热流体与冷流体分别流动，加上无需进行旁路的设置且流道较小，流体能够充分参与换热过程，由此出现换热系数较高的情况。
第二，从各类换热器的传热面积角度分析。根据假定的条件完成各类型换热器传热面积的计算，可总结出换热器传热面积在功率增大的条件下都有所提高。但保持功率相等情况时，传热面积最小的为板式类型，而最大的为管壳式换热器。然而可发现在单位体积中二者在换热面积上都可得到提高，其中板式类型因自身板片以一定规律进行设计，整体结构表现极为紧凑，因此在换热方面可取得良好的效果。
综合来看，板式换热器在核电厂中的应用具备极多的优势，不仅从结构设计方面由于其他类型换热器，且在实际维护检修过程中也极为便利，对核电厂运行经济性的提高具有极其重要的作用。但从近年来核电厂设备应用现状看，大多设备需保证可在高压、高温环境下运行，而板式换热器不具备较高温度与压力条件，成为应用中的主要难题，需在未来核电厂建设中不断完善[3]。
结论：合理选择换热器是提高核电厂运行经济性、可靠性的重要途径。实际应用中可结合现行各类换热器应用的特征以及取得的效果，通过文中研究可发现板式换热器具有较强的优势，但应注重从工艺水平以及结构材料的性能等方面进行提升，确保其满足核电厂运行的要求。
参考文献
[1]夏会宁.AP1000核电厂非能动余热排出热交换器数值模拟及其设计优化[D].华北电力大学，2014.
[2]王明远.自然循环换热器传热特性数值模拟研究[D].哈尔滨工程大学，2013.
[3]周雅宁.核电厂重要的核辅助系统建模研究及应用[D].上海交通大学，2010.
关键词：换热器；核电厂；应用；计算
前言：核电厂实际建设中为满足工艺要求通常需做好换热器的选择工作，其中的换热器在应用中主要使热量向冷流体设备进行传递。然而现行核电厂中应用的换热器多以管壳式类型为主，尽管结构较为简单，却难以取得较高的换热效果，而且乏燃料在冷却系统应用中往往存在一定的剩余量，其会进行热量的释放。对此实践研究中发现通过换热器的合理选择对核电厂安全、可靠、经济运行目标的实现具有十分重要的意义。
一、换热器的相关介绍
当前核电厂中应用的换热器主要包括四种类型：第一，列管式类型。该类型换热器又可称为管壳式，其在构成上体现在封头、花板以及壳体等方面。由于其自身制造较为容易且结构整体简单，成为核电厂建设中应用极为广泛的换热器类型。为促进该类型换热器传热效率的提高要求进行结构与管件的适当改动，使换热过程中可从管板进口使液体流入并在另一出口处流出。除该流体外也存在其他流体会在管束与壳体中进行流动，该过程往往被叫作壳程，此时的传热面积便为管束表面积。第二，波纹管类型。该类型换热器在特征上主要体现在内壁与外壁设计中都以波纹形状为主，其中外壁作用在于使传热表面得以扩大，而内壁功能体现在对流体流动情况进行适时调整，二者结合可实现双面传热的目标。第三，板式类型。该换热器在构成中主要以压紧板、板片以及密封垫片等为主。其中板片在分布上具有一定的规律，形成板束。因起自身选用零部件较少且具有较高的通用性，是当前核电厂推广应用的主要换热器类型之一。第四，螺旋板式类型。其应用的原理在于流体流动于螺旋通道内，且将定距柱设置于螺旋板处，这样可使流体在离心力作用下实现湍流。应用的优势主要体现在可将流体压力损失充分利用，且换热器传热效率得到很大程度的提高[1]。
二、各类换热器传热系数的相关计算
关于管壳式类型在传热系数方面的计算，可结合以往学者研究的关于圆筒壁传热相关计算方式，分别以a1与a2表示管内与管外两处的流体放热系数。其中a1为λNu/di。其中λ用于表示冷却剂热导率，Nu表示努塞尔数，而di是传热管的内径。其中的努塞尔数可设定在0.023Re0.8Pr0.4。而a2则可用λ/Nu/da表示，其中da用于表示相应的计算直径，此时对努塞尔数可设定为0.027Re0.8Pr0.33。在此基础上便可结合传热器传热面积的相关计算公式推出具体的传热温差与面积等。其他三种类型换热器均可采用同样方式进行计算，但需注意由于换热器自身结构与应用原理不同，所选取的努塞尔数应进行适当调整，可依次推出相应的换热器传热面积[2]。
三、换热器比较分析
结合上文中具体计算内容，假定核电厂中冷却水热交换器在应用中在运行压力方面为0.85MPa，温度设定在50℃，此时分别进行各换热器的比较。结合波纹管式类型、螺旋板式类型与板式类型各自的壁厚与直径以及管壳式传热管尺寸，可总结出以下两方面规律。
第一，各类型换热器在功率增加的情况下自身传热系数不会发生变化。但保持同等功率时，可发现传热系数较差的主要为管壳式类型，而最具优势的则以板式换热器为主。产生这种情况的原因主要由于管壳换热器应用通常需将折流挡板设置其中以保证流体在壳程中以良好的湍流状态运行，且折流挡板将分别与换热管、壳体构成旁路。但应注意折流挡板的作用可保证流体保持良好流动状态，因流体流动中会经过其中的旁路，将难以进行换热过程，由此便出现管壳式换热器换热系数较低的情况。而利用板式换热器过程中可发现，换热器板片构件主要以波纹形、槽形等形状存在，板片的结构设计可使热流体与冷流体分别流动，加上无需进行旁路的设置且流道较小，流体能够充分参与换热过程，由此出现换热系数较高的情况。
第二，从各类换热器的传热面积角度分析。根据假定的条件完成各类型换热器传热面积的计算，可总结出换热器传热面积在功率增大的条件下都有所提高。但保持功率相等情况时，传热面积最小的为板式类型，而最大的为管壳式换热器。然而可发现在单位体积中二者在换热面积上都可得到提高，其中板式类型因自身板片以一定规律进行设计，整体结构表现极为紧凑，因此在换热方面可取得良好的效果。
综合来看，板式换热器在核电厂中的应用具备极多的优势，不仅从结构设计方面由于其他类型换热器，且在实际维护检修过程中也极为便利，对核电厂运行经济性的提高具有极其重要的作用。但从近年来核电厂设备应用现状看，大多设备需保证可在高压、高温环境下运行，而板式换热器不具备较高温度与压力条件，成为应用中的主要难题，需在未来核电厂建设中不断完善[3]。
结论：合理选择换热器是提高核电厂运行经济性、可靠性的重要途径。实际应用中可结合现行各类换热器应用的特征以及取得的效果，通过文中研究可发现板式换热器具有较强的优势，但应注重从工艺水平以及结构材料的性能等方面进行提升，确保其满足核电厂运行的要求。
参考文献
[1]夏会宁.AP1000核电厂非能动余热排出热交换器数值模拟及其设计优化[D].华北电力大学，2014.
[2]王明远.自然循环换热器传热特性数值模拟研究[D].哈尔滨工程大学，2013.
[3]周雅宁.核电厂重要的核辅助系统建模研究及应用[D].上海交通大学，2010.