超（超）临界垂直管圈水冷壁锅炉在实际运行时有发生水冷壁横向裂纹问题，特别是异形鳍片区域尤为严重，可能导致水冷壁管泄漏或爆管事故。本文研究中，以某660MW 超超临界锅炉垂直管圈水冷壁为对象，建立了水动力计算模型和异形鳍片区域温度与热应力数值模型，计算分析了流动与传热对水冷壁异形鳍片区域热应力的影响。
　　综合利用现有的电站锅炉水动力计算标准方法建立了计算对象的水动力计算模型，该模型可计算从炉膛分配器至顶棚出口集箱的所有管子的压力、流量、温度和焓值等参数。考虑了工质相变点不确定性和热负荷不均匀性，采用了相变点高度积分计算和炉膛分段热力计算。利用该模型对50%THA和30%VWO工况完成了计算，对比分析了管屏流量、相变点高度和金属壁温的分布和变化。结果表明，在这两个工况中，38m处墙式燃烧器区域水冷壁与相邻管屏之间有45℃~60℃差异。下炉膛的相变点位置与横向裂纹区域大部分重合，从50%THA工况变负荷运行至30%VWO工况时，相变点高度波动最大达3m，38m和51m处的水冷壁管向火侧顶点外壁温度最大变化达60℃。这样的温度变化容易产生交变热应力，致使横向裂纹的产生。
　　目前有关异形鳍片区域热应力的分析还未见报道，考虑到该区域结构复杂，在本文的研究中建立了三维数值模型。模型中采用了Standard k-ε模型计算其温度场，对其中的固体域进行了单向流固耦合计算，求解热应力场。利用计算数据分析了该区域的温度和热应力分布特征，以及锅炉负荷变化和水冷壁尺寸的影响。分析表明，异形鳍片旁的管壁向火侧顶点的轴向拉应力和等效应力都大，锅炉变负荷运行易产生交变热应力，导致横向裂纹；异形鳍片中心为整个模型温度最高处，轴向应力和等效应力值较大，强度下降，容易损毁；异形鳍片与管壁交接处等效应力最大，材料失效时产生裂纹，可能向旁边轴向应力大的异形鳍片区域管壁向火侧延伸，加速横向裂纹的产生。
　　本文研究可从设计和运行两方面为防治横向裂纹的产生和增强水冷壁系统安全性提供了理论依据。