【摘 要】
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铅铋合金因具有良好的传热性能与中子学性能，并对水和空气具有一定的化学惰性，目前已成为加速器驱动次临界系统ADS(Accelerator Driven Sub-criticalSystem)中散裂靶兼冷却剂的
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铅铋合金因具有良好的传热性能与中子学性能，并对水和空气具有一定的化学惰性，目前已成为加速器驱动次临界系统ADS(Accelerator Driven Sub-criticalSystem)中散裂靶兼冷却剂的首选材料。为开展液态铅铋的高温腐蚀、纯化和氧测控等关键技术研究，FDS团队正在研制中国多功能液态铅铋材料实验回路KYLIN-Ⅱ。本论文的研究重点为该回路换热系统的设计与数值分析。 KYLIN-Ⅱ材料实验回路换热系统由回热器、冷却器和加热器三大关键设备组成，控制着回路中各处的温度分布，是回路预期实验能够顺利开展的重要保证。本文在深入调研国际上已成功运行的典型液态铅铋实验回路及换热系统基础上，综合考虑各设计影响因素，对KYLIN-Ⅱ材料实验回路换热系统进行了方案设计。回热器和冷却器采用套管式结构，不仅利于铅铋排空，而且有较好的加工性能和力学性能。冷却器使用高沸点、高膜温的导热油作为冷却介质，既避免了液态铅铋发生过冷凝固，又防止了导热油发生过冷沸腾和碳化结焦。加热器采用炉膛式结构，采用辐射加热方式，有效地克服了铅铋回路中常用加热器存在的易腐蚀、功率低、加热不均匀等问题。 开展了KYLIN-Ⅱ材料实验回路换热系统不同工况下的二维/三维流体动力学分析，并研究了网格和流体入口段对分析结果的影响。理论设计的各项参数与流体分析结果基本吻合，回热器、冷却器和加热器主要设计参数（温度和总传热系数）的合理性及导热油工作温度的安全性得到了有效验证。针对换热系统的设计方案，开展了基于流固耦合的三维结构应力分析，研究了不同尺寸结构特征对于结果的影响，并根据JB4732-95《钢制压力容器—分析设计标准》，进行了应力评定与强度校核。应力分析结果表明，各部件的结构均满足强度要求，进一步说明了换热系统设计方案的可行性。 本文开展的液态铅铋材料实验回路换热系统设计与分析研究，为ADS反应堆换热系统的设计提供了理论指导，为堆一回路/二回路介质换热特性研究提供了数据支持，并为提高ADS反应堆运行的安全性、经济性和稳定性作出了贡献。
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