王 瑞， 肖 瑶， 顾汉洋， 叶亚楠

(上海交通大学 核科学与工程学院， 上海 200240)

符号说明

a—螺旋管内径， mm

c—螺旋管螺旋直径，mm

Cp—比定压热容， kJ/(kg·℃)

F—合力，N

g—重力加速度，kg/(m·s2)

h—换热系数，W/(m2·℃)

k—导热系数， W/(m·℃)

Nu—努塞尔数

Nuθ—θ处的局部努塞尔数

q—热流密度，kW/m2

Re—雷诺数

T—局部内壁温度， ℃

Tb—平均流体温度，℃

Tw—平均内壁温度，℃

u—流速， m/s

α—螺旋管螺旋升角，(°)

β—离心力与重力合力与竖直方向的夹角，(°)

θ—截面周向角度，(°)

Θ—无量纲温度

ρ—密度， kg/m3

φ—重力加速度与离心力加速度之比

螺旋管由于其结构紧凑、易于制造、换热效率高等优点被广泛地应用于食品工业、核工业、废热回收、制冷、航空航天和许多其他工业场景[1-3].在核工业中，螺旋管是近年来广受关注的小型模块化反应堆蒸汽发生器的理想选型.在设计螺旋管式蒸汽发生器时，充分了解螺旋管的传热特性才能保证蒸汽发生器换热能力与堆芯功率匹配使反应堆安全运行.因此，对螺旋管内流动传热的研究具有重大意义.许多研究指出螺旋管内流体存在复杂的流型[4].螺旋管内流体在离心力的作用下在横截面上产生了二次流.二次流的形态随边界条件的变化而变化，使得流体的速度分布不均，强化了螺旋管内的传热[5-7].由于实验方法不能够详尽地描述螺旋管内的局部单相流动换热特性，所以许多相关研究采用了数值模拟方法.这些研究中最常使用的湍流模型是k-ε模型和Reynolds应力模型.马越等[8]使用Reynolds应力模型模拟了高温气冷堆中氦气横掠外壁面时螺旋管截面上的壁面温……