超临界二氧化碳（S-CO2）燃煤火力发电系统可以有效提高火力发电系统效率,但现如今,以S-CO2作为燃煤火力发电厂锅炉传热工质的研究仍处于起步阶段,原理样机尚未诞生。锅炉是发电厂中的主要热力设备,同时,冷却壁又是锅炉的重要组成部件,因此,针对冷却壁的研究是当下至关重要的课题。超临界状态下冷却壁流动传热的实验数据较为匮乏,并且数值模型针对亚临界状态,对于高温高压的超临界状态并不适用;相较于传统水工质,S-CO2的传热系数更小,这会导致冷却壁管的周向温度梯度过大,由此产生热应力引发冷却壁管的形变,进而降低冷却壁管的寿命。因此,本文针对S-CO2燃煤火力发电系统冷却壁的数值模型进行了修正,并且对于S-CO2燃煤火力发电系统冷却壁进行了优化设计。本论文依托国家自然科学基金青年项目与面上项目,对S-CO2燃煤火力发电系统冷却壁开展了深入研究。1.现阶段湍流模型主要针对亚临界工况流动问题,对超临界流体流动适用性较差,因此我们开展了超临界工况下,管内S-CO2湍流流动模型研究。针对S-CO2燃煤火力发电系统冷却壁,建立了均匀加热垂直上升管内S-CO2流动-传热场耦合数值模型,通过实验数据验证模型正确性。研究了湍流普朗特数（Prt）对湍流模型的影响,并探讨了关键运行参数（如压力、热流密度、质量流量、进口温度等）对冷却壁管性能的影响,给出典型工况下Prt的推荐范围,为解决S-CO2燃煤火力发电系统冷却壁模型适用性的问题提供科学依据。2.基于以上提出的湍流模型,针对S-CO2燃煤火力发电系统冷却壁,本文同时开展了实验及模拟研究。通过质量、动量、能量守恒方程与热应力方程的耦合机理研究,建立了流动-传热-应力多物理场耦合的冷却壁物理模型,并考虑了热应力场的影响。借助搭建的S-CO2高温高压实验台的实验数据,验证模型正确性。探讨了关键运行参数对冷却壁性能的影响;分析了冷却壁温度场、热应力场及总应变场的分布规律;并与以水蒸汽作为传热工质的水冷壁进行了性能对比研究。为冷却壁因周向温差过大,降低冷却壁管寿命的难题提供了理论依据。3.基于热应力机理分析,本文提出一种偏心结构处理的冷却壁偏心管设计构想。通过偏心化处理,减小管壁周向温差,从而减小周向应力,降低冷却壁管道超温爆管概率,延长管道有效使用寿命,达到提高电厂经济效益的目的。本研究为S-CO2燃煤火力发电系统的设计提供依据。