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超临界水冷反应堆作为第四代反应堆中的唯一水冷堆型,相比现有水冷堆型具有更高的燃料利用效率和简化的系统,其研发日益受到关注。超临界压力下流体对流换热特性的深入理解和准确预测对于超临界水冷堆堆芯的安全设计至关重要,但对于超临界流体的特殊的传热特性至今仍缺乏充分认识。本文针对管内超临界稳态和瞬态流体传热特性以及超临界流体传热模化准则开展了试验和理论研究。本文首先建立了以氟利昂R134a为工质的模化流体超临界传热试验回路(SMOTH)。回路系统成功调试后,开展了单管内超临界稳态和压力瞬态传热试验。试验段采用内径分别为7.6和10.0 mm的竖直圆管,加热长度为2.3 m,稳态试验压力4.3~4.7 MPa,质量流速400~2500 kg/m2s,热流密度10~180 k W/m2。瞬态试验压力范围3.9~4.7MPa,最大压力变化速率7.3 k Pa/s。稳态试验结果表明:超临界流体传热与单相流体强迫对流传热相比,表征为三种典型的传热特征,即正常传热、传热强化和传热恶化。在远离拟临界温度的区域,试验参数范围内皆表现为正常传热;在近拟临界区,其传热特征受热流密度、质量流速、压力以及管径的影响。热流密度较小时,近壁面流体的大比热使传热强化,随着热流密度增大,流场结构的变化导致换热系数显著降低直至出现恶化现象;质量流速的增大在近拟临界区域显著提高换热系数;压力影响主要体现在近临界压力的近拟临界区域;相同流动参数条件下小管径的换热系数更大,管径的影响随着热流密度增大而更显著。通过试验数据分析发现超临界流体换热系数与表征加速效应无量纲数A?有明确的相关性。基于该无量纲参数建立了无壁温迭代和物性修正的传热计算关系式,通过与现有关系式的系统对比,表明该关系式有最佳的预测精度。传热恶化现象的发生同时受热流密度、质量流速、压力以及管径的影响,综合考虑了上述因素建立了传热恶化起始热流密度关系式。超临界流体对流传热中发现强烈的入口效应,传热恶化工况下尤为显著,试验结果表明影响区域长度超过100倍水力直径。入口效应可显著改变换热系数分布和传热恶化发生对应的流体温度,但不会消除传热恶化现象。通过在加热试验段中嵌入绝热段,对比绝热段上下游的具有完全相同宏观参数流体的换热系数,其差别最大可达4倍,表明超临界流体流场结构的建立和发展对传热特征有显著的影响,因此超临界流体传热需充分考虑上游流场效应。瞬态试验结果表明在跨临界压力瞬态过程中,壁温的变化规律与压力瞬态起始热工参数相关。当超临界压力下起始状态为传热恶化工况时,随着压力降低,在超临界压力区域壁温降低,在亚临界压力壁温出现飞升;压力回升至超临界的过程中,换热系数较降压过程相同参数下显著偏低。本文以临界压力建立了压力模化关系,以流体温度和拟临界温度的组合建立了温度模化关系,以Nu数和无量纲温度建立了热流密度模化关系,基于试验数据得到的传热关系式建立了质量流速模化关系。通过建立试验数据查询表,对模化准则的适用性进行了验证。