超临界水冷反应堆(Supercritical Water Cooled Reactor,SCWR)是基于先进水冷堆和超临界发电革新设计的一种高效安全新型核能系统。SCWR堆芯通道结构独特,棒束承受MW级热负荷,有效降低燃料包壳超临界区温度是SCWR热工水力关键。压水堆热工研究证明堆芯定位件在特定条件下可强化堆芯通道热质传递,论文为准确揭示定位件对堆芯热质传递规律,开展了SCWR三角形堆芯通道定位格架对流动传热影响规律的研究。试验研究了标准型定位格架堆芯通道内流动传热特性;提出了堆芯定位件流动阻塞率和无量纲纵向距;数值研究了热工参数、定位格架型式、定位格架纵向间距及流动阻塞率对堆芯流动传热特性和熵产行为规律的影响,得到了定位格架对三角形堆芯子通道流动传热影响规律。SCWR三角形堆芯通道超临界水流动传热定位格架影响规律试验研究。对棒径为8mm,栅距比为1.4的标准型定位格架三角形堆芯子通道,在热流密度400~800 kW/m~2,压力23~28 MPa,质量流速700~1300 kg/(m~2?s)的范围,采用定热负荷法和变热负荷法相结合的方法试验研究了定位格架堆芯通道内超临界水流动传热及其影响规律,研究了热工参数对堆芯通道内传热特性的影响。研究发现:定位格架可降低壁面温度,能够提高换热系数,定位格架下游局部区域湍流强度大大提高,管壁与流体间换热能力增强,具有传热强化能力;热流密度对拟临界区和高焓值区的影响较大,热流密度越大,换热能力越差,高热流密度易出现传热恶化现象,减小热流密度可改善传热能力;质量流速在整个焓值范围内均有影响,对拟临界区的作用最明显,提高质量流速可降低壁面温度,减小温差,提高换热系数;压力对传热特性的影响较小,拟临界区压力越高,传热系数峰值越小,提高压力可抑制物性变化。SCWR三角形堆芯通道超临界水流动传热特性影响规律数值研究。系统开展了多个不同型式定位格架三角形子通道内超临界水流动传热特性数值模拟,研究了定位格架型式、热工参数对超临界水流动传热特性的影响规律。研究发现:定位格架下游区域出现局部传热强化现象,交错叶片型定位格架局部传热强化能力最强;压力对拟临界区的影响较大,其它区域影响较小,拟临界点附近压力越大,内壁温越高,拟临界点附近温差最小,压力越大,温差越高,拟临界点附近换热系数最高,压力越大,峰值越小,其它区域相差不大;质量流速在整个焓值范围均有较大影响,质量流速越大,壁面温度越低,温差越小,提高质量流速能强化换热,降低壁面温度;热流密度对传热影响较大,增加热流密度,内壁温与温差曲线向上移动,热流密度越大,壁面温度和温差越高,热流密度对低焓值区的换热系数影响较小,对拟临界区和高焓值区的影响显著,增加热流密度,换热系数的峰值向低焓值移动,减小热流密度在一定程度上可抑制传热恶化。SCWR三角形堆芯通道定位格架阻塞率和格架间距对超临界流动传热影响规律研究。提出了堆芯定位件阻塞率和堆芯定位格架无量纲纵向间距,数值研究了三角形堆芯通道内交错叶片型定位格架阻塞率和格架纵向间距对超临界流动传热的影响规律。研究发现:堆芯定位格架布置时,格架间距不宜过小,应避免在通道末端使用定位格架,增大拟临界温度区域之前的定位格架间距对强化传热有利;流动阻塞率对通道内流场及二次流有很大影响,流动阻塞率越大,定位格架下游区域流场扰动越强,定位格架下游产生一个明显的旋涡,能有效降低壁面温度与流体间温差,进一步增加阻塞率,对传热强化的作用不明显。燃料棒棒径8 mm,栅距比1.4,格架间距750mm时,流动阻塞率为0.3078(叶片角度为45°),强化传热效果最好。SCWR三角形堆芯通道定位格架超临界水流动传热熵产行为规律研究。为进一步揭示定位格架堆芯超临界传热影响机制,减小不可逆损失,数值研究了定位格架型式、热工参数、流动阻塞率对三角形堆芯通道超临界流动传热影响的熵产行为规律。研究发现:近壁面熵产最高,中心位置的熵产最小,定位格架使熵产降低,径向熵产梯度增大,平均熵产减小,减小了格架及下游区域的熵产,标准型和阻流片型定位格架熵产相差不大,交错叶片型定位格架的熵产最小,Be数最小,但能量耗散引起的熵产升高;压力对拟临界区的熵产影响较大,压力越高,熵产越大;热流密度在整个焓值区间内的熵产均有影响,热流密度越高,熵产越大;增大质量流速可降低熵产,提高传热能力;提高定位格架的流动阻塞率,可以减小熵产,流动阻塞率为0.3078时效果最好。本文研究为堆芯定位格架布置和定位格架结构优化提供了有利理论支持,对SCWR核能技术的发展具有十分重要的意义。本研究得到了国家自然基金NO.51876024的资助。