熔盐式蒸汽发生器在太阳能光热电站中应用较多,它将高温熔盐携带的热量传递给二次侧的水,使其沸腾产生高温高压的蒸汽来冲转汽轮机叶片做功并带动发电机发电。当蒸发器给水温度低于饱和温度时二次侧的水可能会发生过冷沸腾,汽泡的生成会使气-液相流速、空泡份额和对流换热系数等发生显著变化,所以过冷沸腾是蒸汽发生器研究的重点。另外,由于一次侧为熔盐在管内的单相对流换热,与二次侧相比换热系数较低,因此强化一次侧的流动与换热是提高蒸汽发生器换热性能的重要途径。因此,针对上述问题展开研究,不仅可以揭示蒸汽发生器复杂的传热传质机理,而且对于蒸汽发生器的稳定运行和节能具有重要的指导意义。本文基于某1MWe太阳能光热电站发电机组,设计了能够满足电站已有配套汽轮机的熔盐式自然循环蒸汽发生器,确定了所需熔盐量、换热面积、传热管数目和结构以及蒸汽发生器壳体结构等参数,并采用ANSYS FLUENT软件对所设计的蒸汽发生器一次侧熔盐的单相流动与二次侧水的过冷沸腾两相流动进行了数值模拟研究。揭示了二次侧入口过冷度和入口流速对工质温度变化、空泡份额和传热系数等流动换热特性的影响,并研究了一次侧采用不同结构参数横纹管的管内熔盐流动换热特性。二次侧换热计算采用RPI过冷沸腾模型来模拟水的过冷沸腾,运用欧拉两流体模型来模拟气-液两相流动。研究结果表明,在所研究范围内,入口过冷度越大,过冷段长度越长,气-液相流速增长速度越慢;二次侧入口过冷度和入口流速的增大会导致工质温升速率和空泡份额减小,二次侧对流换热系数下降,一次侧换热系数受入口过冷度影响较小。不同槽深、节距和槽宽的横纹管的强化换热性能和阻力特性各有不同。在所研究范围内,No.8横纹管(e=0.5mm,P=5mm,a=2mm)的强化换热效果最好,No.1横纹管(e=0.2mm,P=5mm,a=1mm)的强化换热性能最差;No.4横纹管(e=0.5mm,P=5mm,a=1mm)阻力系数最大,No.1横纹管(e=0.2mm,P=5mm,a=1mm)的阻力系数最小。本文研究结果对蒸发器流动换热分析以及提高蒸发器换热效率具有重要的理论指导意义和实际工程应用价值。