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可控核聚变发电技术是未来能源发展的重要方向,目前国内采用的超导托卡马克磁约束装置的运行离不开大型氦低温系统,换热器作为低温系统中重要组成部分,是氦气从常温降至液氮乃至超临界温度的关键元器件。进一步探究大型氦低温系统中螺旋盘管换热器中氦流体低温流动传热机理,对中国未来聚变工程实验堆（CFETR）低温系统中螺旋盘管换热器的工程设计优化,提供了理论依据和参考数据,具有理论意义与应用价值。本文采用数值模拟的方法,针对螺旋盘管换热器内氦流体的流动传热特性进行了研究,主要工作内容如下:（1）基于管内对流换热数值计算理论,建立了螺旋盘管换热器的低温氦气流动和传热的物理与数学模型,并简化模型边界条件。利用ANSYS ICEM将螺旋盘管的几何模型划分为结构性网格,对近壁面区域网格进行加密处理,并控制Y+值<1,考察管内近壁面区域流动换热细节。对比几个常用的湍流模型,发现利用RNG k-ε两方程模型的计算值误差更小,验证了RNG k-ε两方程模型模拟结果的可靠性。（2）数值模拟研究了螺旋管内低温氦气的流动与传热,分析了螺旋盘管换热器管内流体速度、涡流、湍动能等流动参数和管内流体密度、温度、局部努赛尔数和平均努赛尔数等换热参数的分布规律。结果表明,由于离心力的存在,螺旋管内部产生二次流,径向速度分布发生分离,外侧湍流强度增强,速度明显高于内侧,边界层厚度降低,换热得到强化,而内侧湍流强度较弱,出现换热恶化。（3）改变螺旋管结构特性如螺旋管曲率直径D、螺旋管直径d、螺距H等结构参数,以及运行条件如质量流量m、入口温度Tin和管道压力P等流动参数,考察其对换热器流动和传热特性的影响。结果表明,增大螺旋管曲率直径,传热效率降低,压降减小;减小螺旋管直径,换热性能显著增强;螺距对螺旋管流动特性与传热性能影响不大;增大质量流量,换热增强,压降明显增加;增大入口温度,传热与流动特性均无明显变化,增大管道压力,阻力系数增大,换热性能无明显变化。（4）根据结构和热力学参数对螺旋管换热器流动与传热特性的影响规律,基于PEC法对各参数影响权重比进行了分析。结果表明,对于流动换热性能综合影响权重依次为d>m>D>P>H>Tin,减小管径,增大入口质量流量可以明显增强换热,优化性能参数。根据分析结果优化了螺旋管结构设计;将螺旋管径d=8mm,曲率直径D=200mm,螺距H=10mm与基准工况进行比较得出综合评价因子η为1.545,结果表明综合性能显著增强。综合数值分析结果得出了换热及阻力系数拟合关系式并经验证其精度在±10%以内。