本文属于类型a，即单篇原创研究的学术报告。以下是对该研究的详细介绍：
该研究由崔蕾、陈玉爽、李启明、钟雨、孙强、郭威和蔡翔舟共同完成。崔蕾、钟雨、孙强和蔡翔舟来自中国科学院上海应用物理研究所，崔蕾和钟雨同时隶属于中国科学院大学。该研究发表于《核技术》（Nuclear Techniques）期刊，2024年7月第47卷第7期。
该研究的主要科学领域为核能技术，具体聚焦于熔盐堆（Molten Salt Reactor, MSR）中的换热器设计与性能分析。熔盐堆作为第四代核反应堆之一，因其固有的安全性、高热效率和多功能性备受关注。换热器是熔盐堆系统中的关键设备，其性能直接影响反应堆的安全性、经济性和可靠性。为了更好地理解和掌握熔盐换热器的运行特征，并为熔盐堆中换热器的设计和运行积累经验，本研究以美国橡树岭国家实验室（Oak Ridge National Laboratory, ORNL）的10 MWt熔盐实验堆（Molten Salt Reactor Experiment, MSRE）使用的主换热器（Primary Heat Exchanger, PHX）为研究对象，通过理论计算、软件模拟和计算流体力学（Computational Fluid Dynamics, CFD）仿真，对其传热与流动特性进行了详细分析。
研究流程包括以下几个主要步骤：
研究对象与设计参数
研究对象为MSRE-PHX，该换热器采用U型管壳式结构，壳侧（热侧）为一回路中的燃料盐，管侧（冷侧）为二回路中的冷却盐。研究基于该换热器的设计参数，包括结构参数（如管束布局、折流板间距等）和运行参数（如入口温度、质量流量等）。
理论计算方法
研究采用了两种经典的理论计算方法：Kern方法和Bell-Delaware方法。Kern方法简单易用，但忽略了壳侧泄漏流的影响；Bell-Delaware方法更为精确，考虑了壳侧流体分布的多种因素。此外，管侧计算采用了Gnielinski方法。
软件模拟
研究使用了HTRI Xchanger Suite软件进行换热器性能模拟。该软件基于工业传热设备试验数据，能够灵活设计换热器几何结构，并对传热和流体力学性能进行精确评估。
CFD仿真
研究使用商业CFD软件ANSYS Fluent对MSRE-PHX进行了全尺寸建模和分析。通过网格划分、边界条件设置和求解控制，详细探讨了换热器内部的流速、压力和温度场分布。
结果对比与分析
研究将理论计算、HTRI软件模拟和CFD仿真结果与MSRE-PHX的实验数据进行了对比分析，验证了这些方法在高温熔盐环境下的适用性和准确性。
理论计算结果
Kern方法和Bell-Delaware方法计算的总换热系数分别为3,506.3 W·m⁻²·K⁻¹和4,087.3 W·m⁻²·K⁻¹，与实验值（3,724.74 W·m⁻²·K⁻¹）的偏差分别为-7.54%和7.12%。Kern方法计算的换热量与实验值相差最大，为15%。
HTRI软件模拟结果
HTRI软件模拟的总换热系数为3,731.1 W·m⁻²·K⁻¹，与实验值的偏差仅为0.16%。模拟结果显示，壳侧入口处的压降达到113 kPa，显著高于其他区域。
CFD仿真结果
CFD仿真得到的壳侧出口温度为639.61 ℃，管侧出口温度为582.85 ℃，与实验值的偏差分别为0.72%和-1.7%。仿真还揭示了壳侧燃料盐在折流板作用下的周期性“Z”形流动特征，以及背流区的回流现象。
结果对比
理论计算、HTRI软件模拟和CFD仿真结果与实验数据的差异均在可接受范围内。其中，HTRI软件模拟和CFD仿真的结果与实验数据最为接近，而Kern方法的计算结果较为保守。
本研究通过多种方法对MSRE-PHX的传热与流动特性进行了详细分析，得出以下结论： 1. 理论计算、HTRI软件模拟和CFD仿真均适用于熔盐换热器的设计与研究，其中HTRI软件和CFD仿真的结果与实验数据最为接近。 2. Kern方法作为一种保守的理论计算方法，其计算结果与实验值偏差较大，而Bell-Delaware方法的计算结果更为精确。 3. HTRI软件在商业成熟型换热器设计中具有简便高效的优势，而CFD仿真能够提供更详细的流动和传热细节，适用于新型换热器的设计与优化。
本研究为熔盐换热器的设计和优化提供了理论支持和实践指导，对推动第四代核反应堆技术的发展具有重要意义。同时，研究结果也为高温熔盐环境下的换热器性能分析提供了可靠的方法和工具。
研究还指出，MSRE-PHX在设计阶段使用的熔盐物性数据存在较大偏差，这可能是其实际传热性能不如预期的主要原因。此外，冷却盐的流量测量误差也可能是导致实际传热功率低于名义功率的原因之一。这些发现为未来熔盐换热器的设计和运行提供了重要启示。