액체 납비스무트 합금(LBE)과 초임계 이산화탄소(S-CO2) 간의 열교환 효율 향상은 첨단 핵에너지 시스템 발전에 중요한 의미를 가진다. 수치 시뮬레이션 방법을 통해 직형, 날개형, S형, Z형 4가지 기하학적 모델 채널 구조의 인쇄회로 열교환기(printed circuit heat exchanger, PCHE)의 열교환 성능을 연구하였다. 결과는 열교환기 냉측 열저항이 열측 열저항보다 현저히 높으며, 직통로 PCHE의 열측 열전달 계수가 냉측의 평균 26.2배임을 보여준다. 열측 채널 구조가 고정된 조건에서 다양한 냉측 채널 구조가 PCHE 열교환 성능에 미치는 영향을 중점적으로 탐구하였다. 결과는 직형 채널 대비 Z형, S형 그리고 날개형 채널의 열교환량이 각각 23.3%, 22.2%, 10.6% 증가했고, 동등 펌프 성능 지표는 각각 1.48배, 1.68배, 1.44배 향상되었음을 나타낸다. 또한 냉측 유량이 20% 증가했을 때 서로 다른 PCHE의 동적 성능을 비교한 결과, 직통로의 재평형 시간이 가장 짧았고, 열교환량 증가에 비해 유체 압강 손실이 더 두드러졌다. 연구 결과는 LBE/S-CO2 열교환기 설계 최적화에 이론적 근거를 제공하며 차세대 핵에너지 시스템의 열효율 향상에 지침이 된다.

인쇄회로 열교환기; 초임계 이산화탄소; 액체 납비스무트 합금; 열수력 특성