Die Verbesserung der Wärmeübertragungseffizienz zwischen flüssiger Blei-Bismut-Legierung (LBE) und überkritischem Kohlendioxid (S-CO2) ist von großer Bedeutung für die Förderung fortschrittlicher Kernenergiesysteme. Durch numerische Simulationsmethoden wurde die Wärmeübertragungsleistung von vier geometrischen Kanalmodellen – gerade, Flügel-, S- und Z-förmig – des Leiterplatten-Wärmetauschers (PCHE) untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass der Wärmewiderstand auf der Kaltseite deutlich höher ist als auf der Warmseite, der Wärmeübergangskoeffizient auf der Warmseite des geradlinigen PCHE ist im Durchschnitt 26,2-mal so hoch wie auf der Kaltseite. Unter der Bedingung einer festen Struktur des Warmseitenkanals wurde der Einfluss verschiedener Kaltseitenkanalstrukturen auf die Wärmeübertragungsleistung des PCHE untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass im Vergleich zum geraden Kanal die Wärmemenge bei Z-, S- und Flügelkanälen um jeweils 23,3 %, 22,2 % und 10,6 % zunahm und die Pumpeffizienzindizes um das 1,48-, 1,68- bzw. 1,44-fache stiegen. Außerdem wurden die dynamischen Eigenschaften verschiedener PCHE bei einer Erhöhung des Kaltseitenstroms um 20 % verglichen, wobei die Wiederbalancierungszeit beim geradlinigen Kanal am kürzesten war und der Druckverlust des Fluids im Vergleich zur Zunahme der Wärmeübertragung deutlicher ausfiel. Die Ergebnisse liefern eine theoretische Grundlage zur Optimierung des LBE/S-CO2-Wärmetauscherdesigns und sind richtungsweisend für die Verbesserung der thermischen Effizienz nächster Kernenergiesysteme.

Leiterplattenwärmetauscher; überkritisches Kohlendioxid; flüssige Blei-Bismut-Legierung; thermohydraulische Eigenschaften