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[学位]

高温印刷电路板换热器热工水力性能与光化学蚀刻工艺研究

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Author:

李磊 (李磊.)

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Abstract:

高温换热器作为第四代超高温气冷堆系统中重要组成部分,要求承受900℃以上的高温及7 MPa以上的高压,并且要求具有极好的密封性。印刷电路板式换热器(PCHE)作为一种新型的高效紧凑式换热器,被认为是最适合应用在超高温气冷堆堆系统中的换热器之一。相对于传统的管式换热器,印刷电路板换热器具有较高的紧凑度以及换热效率,因此在同样的换热量下能够大幅度减小中间换热器的体积。目前,该换热器尚未在超高温气冷堆中应用,并且仅英国Heatric公司掌握该种换热器的相关技术。本文对这种新型换热器进行数值模拟研究,首先研究传统Z字形换热器芯体内流动换热特性。其次,对非连续翼型通道进一步进行模拟研究。最后,针对印刷电路板换热器加工中所涉及到的光化学蚀刻工艺进行实验研究。主要工作及结论如下:
1. 建立Z字形通道物理模型,对层流状态下流动进行数值模拟,在900<Re<2300低温常物性单个周期通道内的流动及传热特性与采用高温变物性流体为工质模拟结果吻合,因此认为在该范围内,可用低温常物性流体代替高温变物性流体对印刷电路板换热器进行数值模拟。
2. 对翼型通道进行数值模拟研究,比较了变物性双流体与常物性单流体之间的差异。结果表明,双流体与单流体数值计算结果符合较好。并分析了不同翼型横向间距及纵向间距几何尺寸下,翼型通道内流体流动换热特性。数据结果显示,随着翼型间距的增大,通道内流动换热特性均有所减小。
3. 通过实验的方法对光化学蚀刻工艺进行了研究,分别对静蚀刻及动蚀刻进行分析,研究了不同因素对蚀刻结果的影响。实验表明,随着FeCl3浓度增加,蚀刻速度逐渐增大,当浓度高于300g?L-1时蚀刻速度随浓度的进一步增大而减小,而高浓度的FeCl3对侧蚀现象有一定的抑制作用。同时在蚀刻过程中发现的实际翼型模型与理想翼型模型有一定的差异。实际结构一方面会强化换热,但同时带来较高的压降。数值结果显示随着翼型间距的增大,这种结构之间的差异逐渐减小。

Keyword:

高温换热器 光化学蚀刻 热工水力特性 通道形式 印刷电路板换热器

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  • [ 1 ] 西安交通大学能源与动力工程学院

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Basic Info :

Degree: 工学硕士

Mentor: 曾敏

Year: 2015

Language: Chinese

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30 Days PV: 13

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