液体鉛ビスマス合金（LBE）と超臨界二酸化炭素（S-CO2）間の熱交換効率向上は、先進的な原子力システムの発展において重要な意義を持つ。数値シミュレーション手法を用いて、直型、翼型、S型、Z型の4種類の幾何学的モデル流路構造を持つプリント回路熱交換器（PCHE）の熱交換性能を研究した。結果は、熱交換器の冷側熱抵抗が熱側熱抵抗よりも明らかに高く、直通路PCHEの熱側熱伝達係数が冷側の平均26.2倍であることを示した。熱側流路構造を固定した条件下で、異なる冷側流路構造がPCHEの熱交換性能に与える影響を重点的に検討した。結果は、直型流路と比較して、Z型流路、S型流路、翼型流路の熱交換量がそれぞれ23.3％、22.2％、10.6％増加し、等ポンプ性能指標がそれぞれ1.48倍、1.68倍、1.44倍向上したことを示した。さらに、冷側流量を20％増加させた場合の各PCHEの動特性を比較したところ、直通路の再平衡時間が最も短く、熱交換量の増加に比べて流体圧損失がより顕著であった。研究結果はLBE/S-CO2熱交換器設計の最適化に理論的根拠を提供し、次世代原子力システムの熱効率向上に指針を示すものである。

プリント回路熱交換器; 超臨界二酸化炭素; 液体鉛ビスマス合金; 熱水力特性