吴彦楠，董玉杰，原 鲲

(清华大学 核能与新能源技术研究院 先进反应堆工程与安全教育部重点实验室，北京 100084)

在高温气冷堆(HTR)中间换热器的研究中，以提高紧凑式换热器换热效率、降低流道总阻力为目标，确定换热器管壳两侧流道的尺寸和表面形状，是非常关键的研究内容。经调研，结合俄罗斯OKBM型板翅式换热器及美国WEC-NGNP型印刷电路板式换热器(PCHE)的优缺点，提出了以人为粗糙度强化传热为核心机理的板翅式换热器[1]。

在强化传热中，边界层传热是影响最大的传热过程，如何降低层流边界层及湍流黏性底层的厚度，从而使流动传热由热传导转变为效率更高的对流传热[2-3]，是边界层研究的重要内容。欲确定人为粗糙度的形状、尺寸等条件，首先要清楚在HTR中间换热器的换热单元中，氦气作为工质的边界层传热特性。因此，本文通过对氦气在换热单元流道内的层流边界层研究，主要就层流流动边界层和热边界层的厚度进行理论计算，并通过CFD模拟对边界层内的传热特性进行分析，期望在以后设计出具有最佳强化传热效率的人为粗糙度，从而为高温堆中间换热器的强化传热提供理论依据。

1 层流边界层厚度的精确解

综合考虑俄罗斯的OKBM及美国的WEC-NGNP方案后，确定中间换热器换热单元的流道长度为150 mm，宽度为50 mm，考虑到球床高温堆粉尘生成量远高于棱柱堆[3-4]，流道的高度采用WEC-NGNP的高度，为2.6 mm(图1)。在工质的参数选择方面，采用额定工况为温度900 ℃、压力7 MPa、流速19.71 m/s的氦气流。……