熔融盐液体射流冲击传热的研究

Molten salt was known as a new-type cooling media with perfect heat and mass transfer performance,and applied broadly in solar thermal power, neclear reactor and metal smelting etc. But the research of molten salt in heat transfer was so insufficient as to restrain the development of cooling technology with molten salt. Generally the molten salt has many advantages such as wide temperature range（300-1000℃）, high specific heat, great heat transfer rate, as well as low viscosity, small steam pressure and good thermal stability, and higher melting point, thus suitable to heat transfer enhancement in high-temperature circumstance. In present study, the molten salt will be used as working fluid to investigate jet impingement heat transfer experimentally and theoretically, and to understand heat tranfer mechanism, and then to set up dimensionless heat transfer equation by comprehension the rule of jet impingement heat transfer with high-temperature cooling media. By combining excellent media of molten salt and high-effective cooling technology this study will provide the theoretical basis of molten salt in heat transfer enhancement applications, and the reference of heat transfer technic under high-temperature and high heat-flux situations, and further to extend the theoretical study and technical application of enhanced heat transfer.

熔融盐作为新型的冷却介质，具有优良的传热传质性能，在太阳能热发电、核反应堆和金属冶炼等领域有着广泛应用。但其基本传热特性及规律的研究甚为缺乏，也限制了熔融盐冷却技术的发展。由于熔融盐的特殊性质，它具有适用温度范围广（300-1000℃之间）、比热容大、传热蓄热能力强的优势，同时具有低粘度、低蒸汽压、热稳定性好等特性，并有相对较高的熔点，非常适于高温下的传热传质强化。本项目拟以熔融盐为冷却介质，进行射流冲击传热的实验和理论研究，旨在揭示熔融盐射流冲击传热机理，建立无量纲的传热准则方程式，认清高温冷却工质射流冲击传热的变化规律。本项目将优良的传热介质熔融盐与高效的射流冲击传热技术有机结合，为高温熔融盐的强化传热应用提供理论依据，也为高温、高热负荷工况下强化传热技术的研究提供参考，进而拓展强化传热理论研究和技术应用的范畴。

在国家自然科学基金的资助下，开展了熔融盐射流冲击传热特性及规律的研究。根据研究计划，建立了熔盐射流冲击传热实验系统，经过详细的实验测试和不断改进，解决了实验系统的熔盐冻堵和泄露等问题，克服实验过程中的重重困难，满足了实验测量的精度要求，保证了实验系统的可靠性和稳定性。在此基础上，结合实验和数值模拟方法，研究熔盐射流冲击过程中的流动和传热特性，对熔盐射流冲击强化传热的机理进行了总结和分析，主要在于以下方面：（1）熔盐射流冲击驻点传热规律的研究：考察射流速度、喷射距离和工质热物性等对驻点传热性能的影响，揭示射流冲击过程中驻点的流动传热作用机制，获得驻点传热基本关系式。（2）熔盐射流冲击传热的径向分布特性研究：考察射流速度、喷射距离和工质热物性等对熔盐射流冲击过程中局部传热特性的影响，揭示熔盐在壁面射流区的流动和传热的作用机制，根据归一化方法研究局部传热的一致性原理，获得统一的传热分布特性公式。（3）熔盐矩阵射流冲击传热特性的研究：分析矩阵射流冲击过程中多股流体的偶合作用，考察射流速度、喷射距离和工质热物性等对于射流冲击局部传热性能的影响，揭示复杂流动工况下矩阵射流冲击传热的基本机理。建立较为适用的导热系数理论计算模型，并进行熔盐粘度系数的可靠测定。（4）熔盐浸没射流冲击传热特性的研究：结合数值模拟和实验方法，详细考察射流速度、喷射距离和工质热物性等对浸没射流冲击传热性能的影响，明确浸没条件下射流冲击型态与传热特性的内在联系，分析射流冲击流场和温度场对过程传热性能的影响。研究结果表明，熔盐作为高温传热工质，具有明显的热物性优势，如热容大、粘度低、蒸汽压力低、适用温度范围广等，与射流冲击过程结合，显示出良好的冲击传热特性，其传热性能优于常温液态水，适合作为高温工况下的传热替代工质。对熔盐射流冲击传热特性和规律的认识和把握，不仅有助于丰富传热理论，揭示流动传热的本质规律，而且对于熔盐强化传热的实际应用也有重要的参考和指导作用。本项目发表科研论文15篇，其中SCI论文3篇，EI论文3篇；参加国际会议3次和国内会议4次；获得实用新型专利1项。