斯俊平，趙文斌，孫 勝，黃 崗，張 亮，張文龍，許怡幸，劉洋

（中國核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院第一研究所，四川 成都 610213）

核反應(yīng)堆燃料及相關(guān)材料的堆內(nèi)輻照考驗(yàn)是新核燃料研制路徑中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。為了驗(yàn)證燃料在輻照環(huán)境下的設(shè)計(jì)參數(shù)以及檢測(cè)抗輻照性能及制造工藝可靠性等，有必要針對(duì)燃料球、燃料芯塊、燃料元件及燃料組件開展一系列的輻照考驗(yàn)[1-3]。在研究堆內(nèi)開展縮比例燃料組件的輻照考驗(yàn)，并獲取燃料組件在穩(wěn)態(tài)工況、瞬態(tài)工況以及事故工況的性能，可以為組件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)定型提供最終驗(yàn)證，并為燃料組件轉(zhuǎn)入工程化應(yīng)用提供重要的前期反饋[4,5]。

耐事故燃料（ATF）是為提高燃料元件抵御嚴(yán)重事故能力而開發(fā)的新一代燃料，為了驗(yàn)證ATF 等新型燃料組件設(shè)計(jì)的合理性以及判斷制造的可靠性，有必要針對(duì)新型燃料組件在高溫高壓水試驗(yàn)回路中開展穩(wěn)態(tài)輻照考驗(yàn)[6]。在燃料組件輻照考驗(yàn)中，反應(yīng)堆為考驗(yàn)提供中子等核環(huán)境，而高溫高壓水試驗(yàn)回路用以提供與運(yùn)行環(huán)境接近的溫度、壓力以及水質(zhì)等環(huán)境。特別地，為了保障燃料組件能夠安全有效的開展輻照考驗(yàn)，穩(wěn)態(tài)考驗(yàn)回路的換熱系統(tǒng)能力必須與燃料組件在堆內(nèi)的考驗(yàn)功率及溫度等熱工要求相匹配。

本文針對(duì)穩(wěn)態(tài)考驗(yàn)高溫高壓水試驗(yàn)回路，結(jié)合燃料組件輻照考驗(yàn)參數(shù)要求，對(duì)換熱系統(tǒng)的熱工設(shè)計(jì)開展優(yōu)化研究，以解決燃料組件輻照考驗(yàn)參數(shù)要求與換熱系統(tǒng)的匹配性研究。

1 穩(wěn)態(tài)考驗(yàn)回路換熱系統(tǒng)與熱工優(yōu)化設(shè)計(jì)方法介紹

1.1 穩(wěn)態(tài)考驗(yàn)回路換熱系統(tǒng)介紹

壓水堆型燃料組件在研究堆內(nèi)的穩(wěn)態(tài)輻照考驗(yàn)通常在高溫高壓水試驗(yàn)回路中開展。如圖 1 所示，高溫高壓水試驗(yàn)回路為一個(gè)閉式系統(tǒng)，其主回路主要由輻照裝置、穩(wěn)壓器、主換熱器以及給水泵構(gòu)成。其中，輻照裝置插入研究堆中的輻照孔道，是試驗(yàn)回路與反應(yīng)堆的紐帶。被考驗(yàn)的燃料組件安置在輻照裝置內(nèi)，并處于反應(yīng)堆活性區(qū)內(nèi)。輻照考驗(yàn)中，裂變反應(yīng)促使輻照裝置內(nèi)釋放出大量熱量，為了維持試驗(yàn)回路中穩(wěn)定的高溫環(huán)境，需要在回路中配置換熱系統(tǒng)，以將試驗(yàn)回路中多余的熱量通過外部冷卻水?dāng)y帶走。

圖1 燃料組件穩(wěn)態(tài)輻照考驗(yàn)用高溫高壓試驗(yàn)回路示意Fig.1 The schematic of the high temperature and high pressure test loop during the fuel assembly steady-state irradiation

高溫高壓水試驗(yàn)回路的主換熱器一般采用再生式換熱器，在該型換熱器中，可以高溫的一次水與低溫二次水直接換熱，以減弱大溫差換熱對(duì)換熱管的力學(xué)性能影響以及降低局部汽化對(duì)換熱穩(wěn)定性的不利影響。再生式換熱器的結(jié)構(gòu)如圖2 所示，該型換熱器由再生段以及冷卻段構(gòu)成，并且再生段與冷卻段在結(jié)構(gòu)上存在耦合，再生式換熱器的結(jié)構(gòu)耦合特點(diǎn)在于再生段一次側(cè)出口與冷卻段一次側(cè)入口相連，且冷卻段一次側(cè)出口與再生段二次側(cè)入口中相連。圖3 展示了在這種耦合關(guān)系下的冷卻水流動(dòng)情況，經(jīng)輻照裝置加熱的高溫一次水依次流過再生段一次側(cè)、冷卻段一次側(cè)以及再生段二次側(cè)，而外部冷卻水只流經(jīng)冷卻段二次側(cè)。

圖2 再生式換熱器結(jié)構(gòu)示意Fig.2 The structure of the regenerative heat exchanger

圖3 再生式換熱器中一次水及二次水流動(dòng)情況Fig.3 The flow of the primary water and secondary water in the regenerative heat exchanger

1.2 換熱系統(tǒng)熱工優(yōu)化設(shè)計(jì)方法介紹

針對(duì)以再生式換熱器形式為主的試驗(yàn)回路換熱系統(tǒng)的熱工優(yōu)化，主要以再生式換熱器的熱工分析流程為基礎(chǔ)。如圖4 所示，由于研究堆匹配的燃料組件輻照考驗(yàn)高溫高壓水試驗(yàn)回路面向的對(duì)象是不同類型燃料以及不同考驗(yàn)參數(shù)的試驗(yàn)，一般選用其中一個(gè)常用的工況下的參數(shù)作為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)來定型換熱器結(jié)構(gòu)，并且預(yù)設(shè)冷卻水流通截面來開展換熱器熱工設(shè)計(jì)。針對(duì)再生段和冷卻段的設(shè)計(jì)，可以遵循換熱器設(shè)計(jì)流程來分別開展，不過由于再生段與冷卻段在結(jié)構(gòu)上存在耦合，因此，在二者進(jìn)行熱工設(shè)計(jì)時(shí)，主要的一次水流量以及溫度需要耦合考慮。

圖4 再生式換熱器的熱工分析流程Fig.4 The thermal analysis process for the regenerative heat exchanger

在再生式換熱器設(shè)計(jì)中，確定再生段一次側(cè)最高出口溫度（即冷卻段一次側(cè)入口溫度）非常關(guān)鍵。采用再生式換熱器主要在于減少大溫差傳熱對(duì)換熱管結(jié)構(gòu)以及換熱穩(wěn)定性的不利影響，因此在再生式換熱器設(shè)計(jì)中，需結(jié)合力學(xué)性能分析、輻照試驗(yàn)歷史情況以及一定的裕量確定在最高一次水溫度和流量下的再生段一次側(cè)最高出口溫度。基于該因素的考慮下，再生式換熱器運(yùn)行于其他低于該最高溫度和流量下情況，再生段一次側(cè)出口溫度均會(huì)低于上述確定的最高溫度，即可認(rèn)定此時(shí)主換熱器處于穩(wěn)定安全運(yùn)行條件下。在上述溫度確定后，結(jié)合再生段以及冷卻段的耦合關(guān)系，可以依據(jù)相應(yīng)手冊(cè)和資料對(duì)二者開展熱工分析與設(shè)計(jì)[7-9]。特別地，由于試驗(yàn)回路運(yùn)行于一個(gè)較寬泛的工況下，在對(duì)換熱器進(jìn)行熱工分析時(shí)，需考慮到流動(dòng)修正系數(shù)φ和物性修正系數(shù)ct，如公式（1）和公式（2）所示[8,9]。

式中：

Re——流動(dòng)的雷諾數(shù)；

μm——平均流體溫度下，流體的動(dòng)力粘度；

μw——在平均壁溫下，流體對(duì)應(yīng)的動(dòng)力粘度；

m——流體加熱時(shí)，m=0.11，流體冷卻時(shí)，m=0.25。

同時(shí)，換熱器相關(guān)換熱面積裕量η描述為采用的換熱面積Ac較設(shè)計(jì)面積A多出的比例，如公式（3）所示。

特別地，本文針對(duì)回路換熱系統(tǒng)相關(guān)的設(shè)計(jì)優(yōu)化研究工作，未采用專業(yè)化研究工具或研究平臺(tái)，相關(guān)分析數(shù)據(jù)是基于換熱器結(jié)構(gòu)特性、換熱器設(shè)計(jì)相關(guān)經(jīng)典公式以及數(shù)據(jù)耦合計(jì)算推導(dǎo)獲得。

2 穩(wěn)態(tài)考驗(yàn)回路換熱系統(tǒng)熱工優(yōu)化設(shè)計(jì)分析

2.1 再生段結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究

再生段的結(jié)構(gòu)在再生式換熱器設(shè)計(jì)中發(fā)揮著重要作用，再生段一次側(cè)最高出口溫度確定是開展再生式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的先決條件。針對(duì)燃料組件輻照穩(wěn)態(tài)輻照試驗(yàn)回路，由于不同燃料組件對(duì)輻照考驗(yàn)參數(shù)的要求存在差異，這種差異主要體現(xiàn)在一次水入口溫度及流量以及輻照裝置中的核相關(guān)發(fā)熱率等。以最大一次水流量定義為100%流量，對(duì)燃料組件的回路式穩(wěn)態(tài)輻照考驗(yàn)，主換熱器的工況覆蓋范圍為一次水330 ℃入口溫度及100%流量至210 ℃入口溫度及40%流量。在主換熱器以再生式換熱器結(jié)構(gòu)形式開展設(shè)計(jì)時(shí)，可以在該工況范圍內(nèi)選擇一個(gè)一次水流量及入口溫度作為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)開展換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。特別地，無論以何種工況為基準(zhǔn)開展設(shè)計(jì)時(shí)，在330 ℃一次水入口溫度以及100%一次水流量時(shí)，再生段一次側(cè)出口溫度均不允許超過限定值。基于該要求，無論采用何工況為基準(zhǔn)，再生段的結(jié)構(gòu)均需與330 ℃一次水入口溫度以及100%一次水流量時(shí)保持一致，否則再生段一次側(cè)出口溫度將會(huì)超過限定值。即無論一次水流量及溫度如何選擇并借此定型再生式換熱器結(jié)構(gòu)，均是調(diào)整冷卻段的換熱面積。

圖5 中（a）和（b）分別展示了以不同的一次水入口溫度以及一次水流量作為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)定型換熱器結(jié)構(gòu)時(shí)，換熱器以該結(jié)構(gòu)運(yùn)行于一次水210 ℃入口溫度及40%流量至330 ℃入口溫度及100%流量，并使得二次水流量處于最大時(shí)的換熱功率情況。

圖5 采用不同一次流量及入口溫度作為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)定型換熱器后的換熱能力表現(xiàn)Fig.5 The heat transfer performance of the heat exchanger under different primary flow and inlet temperature as the design basis

針對(duì)以不同一次水入口溫度為基礎(chǔ)的情況，采用更低的一次水入口溫度，均可以不同程度抬升功率的最大值并增加調(diào)節(jié)區(qū)間的范圍。以采用一次水100%流量及330 ℃入口溫度對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)功率為基準(zhǔn)，基于該工況定型的結(jié)構(gòu)的在各運(yùn)行工況的最大功率調(diào)節(jié)區(qū)間范圍為23.8%～100%，而將設(shè)計(jì)基準(zhǔn)溫度降至300 ℃時(shí)，此時(shí)的最大功率調(diào)節(jié)區(qū)間范圍為26.1%～116.3%。而針對(duì)以不同的一次水流量為基礎(chǔ)的情況，隨著流量的降低，有類似現(xiàn)象。不過，無論是以更低的一次水溫度還是流量來定型換熱器結(jié)構(gòu)，若要保持換熱器的設(shè)計(jì)功率一致，均需要不同程度地增加冷卻段換熱面積，并且隨著流量和溫度降低，冷卻段換熱面積增加的趨勢(shì)非常明顯。在保持設(shè)計(jì)功率一定時(shí)，基于相同的再生段結(jié)構(gòu)，一次水入口中溫度在300 ℃時(shí)對(duì)應(yīng)的冷卻段換熱面積約為330 ℃的1.81 倍。

從圖5 中可以看出，采用更低的一次水溫度和流量為基準(zhǔn)定型換熱器，雖可以明顯地抬升330 ℃入口溫度及100%流量時(shí)的最大換熱功率，但對(duì)210 ℃入口溫度及40%流量的最大功率抬升效果非常有限。因此，針對(duì)低入口溫度及低流量情況，無論采用何一次水流量和溫度作為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，一旦主換熱器結(jié)構(gòu)定型，均對(duì)低參數(shù)狀態(tài)下的換熱功率改進(jìn)無顯著作用，這將導(dǎo)致燃料組件在低參數(shù)考驗(yàn)時(shí)，存在主換熱器換熱功率不足的情況出現(xiàn)。在輻照試驗(yàn)回路中，燃料組件的功率是由燃料組件核物理性質(zhì)和輻照考驗(yàn)參數(shù)共同確定的，一旦反應(yīng)堆內(nèi)布置確定，功率將確定，不過該功率在換熱器現(xiàn)有結(jié)構(gòu)下并非與一次水流量及溫度能夠做到匹配。造成再生式換熱器在低參數(shù)換熱功率不足是由再生段的結(jié)構(gòu)確定的。在低入口溫度下，再生段一次側(cè)的出口溫度遠(yuǎn)不能達(dá)到限定溫度，此時(shí)過多再生段換熱面積的存在反而會(huì)大幅降低冷卻段的換熱溫差，并最終造成換熱功率不足的現(xiàn)象產(chǎn)生。在低參數(shù)條件下，再生段一次側(cè)出口溫度很難達(dá)到限定溫度，為了在低參數(shù)工況條件下，換熱器的功率能夠有效提升，再生段應(yīng)設(shè)計(jì)成為換熱面積可調(diào)節(jié)的形式。圖 6 展示了再生段換熱面積可調(diào)節(jié)的方式，即將部分傳熱段中的一次水直接引出而跳過中間傳熱段的二次水冷卻。

如圖6 所示，通過一部分管道與閥門對(duì)再生段的一次水進(jìn)行短接，可以實(shí)現(xiàn)10%、20%、30%的再生段換熱面積減小。圖7 展示了換熱器在較低一次水入口溫度下最大換熱功率隨再生段換熱面積縮減比例調(diào)整后的變化情況，可以明顯看出，隨著再生段換熱面積的縮減，低一次水入口溫度下的最大換熱能力大幅提升。針對(duì)210 ℃一次水入口溫度，在再生段換熱面積縮減10%、20%、30%時(shí)，換熱器的功率分別提升了7.3%、15.7%以及25.6%。

圖6 基于換熱面積可調(diào)節(jié)的再生段結(jié)構(gòu)示意Fig.6 A structure of the regeneration section with with adjustable heat exchange area

圖7 換熱器在較低一次水入口溫度下最大換熱功率隨再生段換熱面積縮減比例的變化情況Fig.7 The maximum heat transfer power of the heat exchanger at a lower primary water inlet temperature varies with the different reduction ratio of the heat transfer area of the regeneration section

2.2 換熱面積裕量取值優(yōu)化分析

在換熱器設(shè)計(jì)中，通常會(huì)保留換熱面積裕量以作為換熱功率的額外能力補(bǔ)充。不過針對(duì)再生式換熱器，再生段與冷卻段的換熱面積裕量取值對(duì)換熱器換換熱功率的影響并非是一致的。本節(jié)中的換熱面積裕量不僅限于設(shè)計(jì)過程中真實(shí)保留的面積裕量。在實(shí)際過程中，由于計(jì)算偏差、污垢系數(shù)偏差等因素，無論是再生段還是冷卻段的換熱功率均會(huì)與實(shí)際的換熱功率有差異，為了分析上的方便，將再生段與冷卻段在實(shí)際運(yùn)行中多出的換熱能力歸整到換熱面積裕量上進(jìn)行分析研究。圖8 展示了以一次水入口溫度330 ℃及100%流量為基準(zhǔn)定型換熱器結(jié)構(gòu)時(shí)，不同換熱面積裕量下?lián)Q熱器的換熱功率表現(xiàn)情況，可以看出隨著再生段換熱面積裕量的增加，再生式換熱器的功率均有一定程度的下降，而增大冷卻段裕量將會(huì)不同程度抬升換熱功率。針對(duì)一次水入口溫度250 ℃時(shí)，12%的冷卻段換熱面積將提升 3.8%的換熱能力，而12%的再生段換熱面積裕量將降低5.9%的換熱能力。特別地，要使得換熱器的功率保持不變，一旦再生段換熱面積裕量存在，冷卻段都需要匹配一定的裕量以補(bǔ)償功率不足。

圖8 不同換熱面積裕量下?lián)Q熱器的換熱功率表現(xiàn)情況Fig.8 The capacity of the heat exchanger under different heat exchange area margins

圖9 展示了在各工況條件下要維持換熱功率不變時(shí)，再生段與冷卻段換熱面積的對(duì)應(yīng)關(guān)系，可以看出，對(duì)一定的冷卻段換熱面積裕量，再生段的換熱面積裕量不允許超過對(duì)應(yīng)的關(guān)系值，否則換熱功率將存在不足。在不同的一次水流量和溫度下，再生段與冷卻段換熱面積的關(guān)系系數(shù)有所差別，不過在同一工況下，再生段與對(duì)應(yīng)下的冷卻段換熱面積裕量基本呈線性關(guān)系。由圖9 可知，在一次水330 ℃入口溫度及100%流量時(shí)，再生段的換熱面積裕量不能超過約55.4%的冷卻段換面積裕量，即冷卻段換熱面積裕量至少要為再生段換熱面積裕量的1.81 倍；而當(dāng)一次水入口溫度降低至250 ℃時(shí)，該比例降至1.69，表明此時(shí)相同再生段換熱面積裕量對(duì)應(yīng)需求的冷卻段換熱面積裕量減小，存在剩余冷卻段換熱面積增弱換熱功率；而當(dāng)設(shè)計(jì)流量下降至 55%時(shí)，冷卻段換熱面積裕量與再生段換熱面積裕量的最小對(duì)應(yīng)比例應(yīng)增至3.32 倍，這表明隨著流量的降低，相同再生段換熱面積裕量對(duì)應(yīng)的冷卻段換熱面積裕量需求急劇增加，原有冷卻段換熱面積裕量不足以應(yīng)對(duì)再生段換熱面積裕量對(duì)換熱功率的不利影響，換熱器功率將較無換熱面積裕量時(shí)下降。以上結(jié)果表明，基于初始設(shè)計(jì)工況下保留的換熱面積裕量，在一次水運(yùn)行溫度降低時(shí)，相較于設(shè)計(jì)工況將會(huì)有利于補(bǔ)償換熱功率；但當(dāng)一次水運(yùn)行流量下降時(shí)，設(shè)計(jì)裕量的保持反而會(huì)相對(duì)削弱換熱器的換熱能力。

圖9 保持換熱功率不變時(shí)，再生段的最大換熱面積裕量與冷卻段換熱面積裕量的對(duì)應(yīng)關(guān)系Fig.9 The relationship between the maximum heat exchange area margins of the regeneration section and the cooling section when the heat exchange power is kept constant

2.3 換熱系統(tǒng)連接方式優(yōu)化分析

針對(duì)燃料組件輻照考驗(yàn)，試驗(yàn)回路的換熱能力能夠滿足燃料組件輻照考驗(yàn)參數(shù)需求是換熱系統(tǒng)的核心功能。以一定設(shè)計(jì)條件為基準(zhǔn)而定的換熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是定型的，而不同類型的燃料組件輻照考驗(yàn)要求卻是多變的。要使得回路換熱系統(tǒng)能夠與燃料組件的考驗(yàn)參數(shù)匹配，必須深入對(duì)多臺(tái)換熱器聯(lián)用對(duì)換熱功率提升的影響加以討論。圖10 比較了不同流量及分配比例下?lián)Q熱器并聯(lián)與獨(dú)立運(yùn)行時(shí)的換熱能力，可以看出，在高流量條件下，兩臺(tái)換熱器并聯(lián)時(shí)的換熱功率要明顯強(qiáng)于單臺(tái)換熱器全流量獨(dú)立運(yùn)行，不過隨著一次水流量的降低，兩臺(tái)換熱器并聯(lián)時(shí)的換熱優(yōu)勢(shì)較單臺(tái)時(shí)的逐漸減弱，并且在低流量情況下，存在兩臺(tái)換熱器并聯(lián)運(yùn)行的換熱功率反而較單臺(tái)時(shí)略低的現(xiàn)象。造成上述現(xiàn)象的主要原因在于低流量時(shí)換熱得不到充分發(fā)展，由公式（1）的流動(dòng)修正系數(shù)φ的計(jì)算式可以看出，隨著流量降低，傳熱系數(shù)的修正系數(shù)將由1 逐漸下降，并最終體現(xiàn)出兩臺(tái)并聯(lián)時(shí)的換熱功率更低的現(xiàn)象出現(xiàn)。

圖10 不同流量分配下?lián)Q熱器并聯(lián)與獨(dú)立運(yùn)行時(shí)的換熱能力比較Fig.10 Comparison of the heat exchange capacity between parallel and independent operation of heat exchangers under different flow distributions

相較于并聯(lián)，在二次水供水條件不變時(shí)，兩臺(tái)換熱器串聯(lián)的換熱功率將大幅提升，換熱器串聯(lián)也是解決低參數(shù)時(shí)換熱功率不足的重要手段之一。相較于在換熱器內(nèi)部調(diào)整再生段換熱面積，換熱器串聯(lián)的最大優(yōu)勢(shì)在于可以對(duì)現(xiàn)有回路進(jìn)行改造。圖11 比較了一次水流量一定時(shí)換熱器串聯(lián)與獨(dú)立或并聯(lián)運(yùn)行的最大換熱能力情況，可以看出換熱器的換熱功率在串聯(lián)有明顯提升。由圖10 可知，在40%一次水總流量時(shí)兩臺(tái)換熱器并聯(lián)的換熱能力要略小于單臺(tái)全流量運(yùn)行，而從圖11 可以進(jìn)一步看出，兩臺(tái)換熱器串聯(lián)的換熱功率在250 ℃以及330 ℃時(shí)分別提升81%和77%。

圖11 一次水流量一定時(shí)，換熱器串聯(lián)與獨(dú)立或并聯(lián)運(yùn)行的最大換熱能力比較Fig.11 Comparison of the maximum heat transfer capacity of heat exchangers in series and independent or parallel operation when the primary water flow is constant

在燃料組件輻照考驗(yàn)中，考慮到換熱系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)輻照試驗(yàn)的安全性，一般在試驗(yàn)回路中設(shè)置多臺(tái)或多組換熱器以應(yīng)對(duì)換熱器故障。由于不同輻照考驗(yàn)參數(shù)對(duì)換熱系統(tǒng)的需求在換熱功率上有較大差異，圖12 展示了一種基于寬范圍功率需求的燃料組件穩(wěn)態(tài)考驗(yàn)回路主換熱器連接方式優(yōu)化方案，在該方案中，換熱器的運(yùn)行方式多樣，可以同時(shí)靈活地解決換熱器備用以及換熱功率補(bǔ)償?shù)膯栴}，如圖12 所示，在運(yùn)行工況與設(shè)計(jì)工況接近時(shí)，可以投入一臺(tái)換熱器用于運(yùn)行，并備用三臺(tái)；而當(dāng)運(yùn)行工況大幅偏離于設(shè)計(jì)工況時(shí)，可以啟用兩臺(tái)換熱器串聯(lián)并作為一組投入運(yùn)行，而另一組作為備用。

圖12 基于寬范圍功率需求的燃料組件穩(wěn)態(tài)考驗(yàn)回路主換熱器連接方式優(yōu)化方案Fig.12 Optimization of the connection mode of the main heat exchanger in the fuel assembly steady-state test loop with a wide range of power requirements

3 結(jié)論

針對(duì)燃料組件穩(wěn)態(tài)輻照考驗(yàn)，輻照試驗(yàn)回路的換熱能力能夠滿足燃料組件的輻照考驗(yàn)參數(shù)需求是換熱系統(tǒng)的核心功能。本文針對(duì)穩(wěn)態(tài)考驗(yàn)高溫高壓水試驗(yàn)回路，結(jié)合燃料組件輻照考驗(yàn)參數(shù)要求，對(duì)換熱系統(tǒng)的熱工設(shè)計(jì)開展優(yōu)化研究，主要的結(jié)論如下：

（1）針對(duì)以再生式換熱器結(jié)構(gòu)為主的換熱系統(tǒng)，在再生段結(jié)構(gòu)及換熱面積確定下，無論采用何流量和溫度，均對(duì)低參數(shù)狀態(tài)下的換熱能力改進(jìn)無顯著作用，在再生段內(nèi)設(shè)置一次水旁流短接管道對(duì)提升換熱器在低參數(shù)的換熱功率效果明顯，在210 ℃一次水入口溫度時(shí)，再生段換熱面積縮減30%可以有效提升25.6%的換熱功率。

（2）基于初始設(shè)計(jì)工況下保留的換熱面積裕量，相較于設(shè)計(jì)工況，一次水運(yùn)行溫度降低將會(huì)增強(qiáng)換熱面積裕量對(duì)換熱功率的補(bǔ)償作用，而一次水運(yùn)行流量下降將會(huì)削弱換熱面積裕量對(duì)換熱功率的補(bǔ)償作用。

（3）基于寬范圍功率需求，燃料組件穩(wěn)態(tài)考驗(yàn)回路宜設(shè)計(jì)成串并聯(lián)可切換方案，在40%一次水總流量時(shí)兩臺(tái)換熱器串聯(lián)的最大換熱功率在250 ℃以及330 ℃時(shí)較單臺(tái)分別提升了81%和77%。