为了在核电厂发生严重事故时,保证防止放射性物质外泄最终屏障的安全壳的完整性,新一代核电厂除了设置能动的喷淋系统之外,还采用了非能动安全壳热量导出系统来排出安全壳内的热量。非能动安全壳热量导出系统中的关键设备——内部换热器常用的形式是集管式换热器,其流量分配、流动损失等特性对于系统的安全稳定运行以及换热性能都至关重要,因此有必要针对集管式换热器流动及换热特性进行研究。本文主要借助CFD软件FLUENT对U型、Z型和中心型集管式换热器联箱内压力分布、流量分配、流动损失和换热性能等进行研究。对于动量恢复型集管式换热器,当换热管数量较少时(如少于30-40根),由于U型布置的流量分配均匀性较Z型布置好,流动损失较中心型布置小,内部换热器布置形式应首选U型;当换热管数量较多时,由于中心型布置较U型和Z型流量分配均匀性好,应首选中心型,其次选择U型布置,避免使用Z型布置。针对U型布置换热器联箱匹配问题的研究表明,分配联箱与汇流联箱截面比在0.6左右流量分配效果最佳。另外对变径这一入口效应的分析表明:U型布置时,变径可能增强其流量分配均匀性;Z型布置时,变径易导致换热器内部出现倒流现象。中心型换热器流动特性受分流三通这一入口效应影响较大,故对分流三通的流场进行了可视化实验和数值计算。可视化实验中观察到一次涡流和二次涡流的存在,数值计算中发现一次涡流是影响中心型换热器流量不均匀分配的主要因素。调节中心节距(入口两侧两根换热管之间的距离)可以减弱入口效应的影响,在中心节距为10倍联箱直径时分流三通的影响基本消失。由于入口三通效应可以从一定程度上增强换热器流量分配均匀性,故中心节距选择为6倍联箱直径是比较合适的选择。对中心型换热器联箱尺寸的研究表明,增大联箱直径可以减小流动损失,增强流量分配均匀性;在换热管总流通面积与联箱横截面积的比小于4.0时,SEi(用以衡量换热器整体流量分配均匀性的因子)均小于5.0,联箱直径对于流量分配的影响比较小,且设计时应保证分配联箱直径大于汇流联箱直径。从流动阻力和换热两个方面对集管式换热器流量不均匀分配的影响进行了分析。在流动阻力方面,提出了计算换热器流动损失的方法,并发现换热器流动损失随流量分配均匀性降低而增大。在换热方面,流动不均匀性的影响较小,即影响主要集中在流动损失上。SEi分别为7.6和20.0的两个换热器,流动损失的相对偏差为46%;但是SEi为10.0的换热器,其传热系数仅较流量均匀分配的换热器低2.85%。