高温熔盐蒸汽发生过程的多物系多相态耦合传递特性

高温熔盐蒸汽发生过程的能质传递现象广泛存在于工业余热利用和可再生能源应用领域。本项目针对熔盐蒸汽发生过程这一多物系共存与多相态转变的复杂能流系统的热质耦合传递过程，实验观测非稳态熔盐释热条件下爆发沸腾的气泡生长与传热特性，探悉近壁区熔盐非平衡热质传递与固液界面的变化规律，揭示熔盐多相态传热与爆发沸腾的物理机理和耦合传递机制；分析变物性熔盐流动与传热的相互作用规律，研究流动沸腾的非线性关联现象与流动特征，提出复杂结构内熔盐传递与流动沸腾的数理模型与关联机制；认识熔盐蒸汽发生器蒸汽产生的关键性影响因素，探索熔盐蒸汽发生过程相界面动力学行为和传递耦合现象的强化机制与途径，形成熔盐蒸汽发生器的优化设计理论。项目实施将丰富工程热物理学科的多相转变和热质传输理论，并为熔盐蒸汽发生器的理论预测和工程设计提供方法。

熔盐蒸汽发生系统是太阳能热发电、高温余热利用的核心部件之一，熔盐蒸汽发生过程为大温差、高热流密度的熔盐对流传热和高温、高压沸腾传热的多相耦合传递过程。立项以来，课题组根据研究计划对熔盐蒸汽发生器内高温熔盐传热与沸腾传热特性进行了深入的理论和实验研究，在科学研究、人才培养等方面取得了重要进展，已按计划进度完成项目目标，部分目标超额完成。设计和建立了三种熔盐蒸汽发生器，包括管壳式熔盐蒸汽发生器、套管式熔盐蒸汽发生器和U型管式熔盐蒸汽发生器，研究成果已申请和授权国家发明专利，高温熔盐传热相关技术应用于亚洲首座太阳能塔式热发电延庆电站熔盐平台。在国际上首先获得高温熔盐在螺旋槽管、套管与管束外的传热数据和关联式，大大拓展了高温熔盐传热的实验数据，基于熔盐流动与相变特征分析熔盐灌注的界面演化和动力学机制，揭示熔盐多相态传热的物理机理，研究结果被国际期刊（Applied Energy、International Journal of Heat and Mass Transfer等）与学位论文（麻省理工学院博士论文等）引用。实验观测非稳态沸腾的气泡形成与流动特征，探悉高温壁面的起沸和核化机理，提出以温度降为自变量的非稳态沸腾曲线。建立熔盐蒸汽发生过程的变物性熔盐与沸腾两相流的耦合传热模型，沸腾过程分为单相对流传热、过冷沸腾、核态沸腾、雾状流和过热蒸汽区域，获得变物性熔盐与沸腾两相流的耦合传热规律。项目已发表学术论文29篇，其中国际期刊18篇、SCI收录17篇（JCR一区论文15篇，SCI/EI双检16篇），EI单收录5篇，包括3篇International Journal of Heat and Mass Transfer（JCR一区）、1篇Applied Energy（中科院一区/JCR一区）、1篇Energy（中科院一区/JCR一区）、3篇Applied Thermal Engineering（JCR一区）、4篇Experimental Thermal and Fluid Science （JCR一区）、1篇Energy conservation and Management（JCR一区）；授权国家发明专利1项，申请国家发明专利3项；培养5名硕士和3名博士研究生。项目研究丰富了工程热物理学科的高温多相态传热理论，并为熔盐蒸汽发生器的理论预测和工程设计提供方法。