核反应堆稳压器是压水堆一回路维持系统压力的重要设备,不凝性氮气溶解于汽-气稳压器冷却剂,在压力升高或温度下降热工环境条件,冷却剂中氮气溶解度变化析出对反应堆热工水力设备安全和稳定运行影响显著。为解决核反应堆一回路设备冷却剂不凝气体析出规律及其影响机制,论文重点揭示核反应堆印刷电路板式换热器（PCHE）氮气析出和热质传输规律,开展了PCHE内氮气析出机理及其热质传输影响研究。可视化试验研究了氮气析出规律以及换热特性;建立了PCHE运行工况氮气析出过程CFD数学模型,验证了数学模型对模拟氮气析出过程的准确性;数值研究不同热工参数下对PCHE内氮气析出规律和热质传输行为规律的影响,得到了冷却换热过程中氮气析出迁移特性、换热特性和对运行稳定性影响规律。PCHE单通道氮气析出可视化试验研究。在质量流量为0.95kg/s,入口温度为25℃,输入功率为262W的热工参数下,分别对纯水和氮气-水工质进行定热负荷PCHE单通道可视化传热试验研究,研究了氮气析出对冷却换热特性以及压降的影响。研究发现:氮气-水经换热后在水中的溶解度下降从而过饱和析出,冷却换热过程前半段,氮气析出量较小,对流动换热无影响,冷却换热过程后半段,大量氮气析出形成悬浮小气泡并部分附着在壁面,随着气泡尺寸的增大,附着在壁面的气泡会逐渐脱离,达到一定程度后可加强工质的扰动;氮气析出可降低壁面温度,增强管壁与工质之间的换热,提高对流换热系数;氮气析出对换热器内压力产生波动,增大进出口压降,破坏换热器的运行稳定性。PCHE氮气过饱和析出数学模型研究。构建了PCHE运行工况氮气析出过程CFD数学模型,推导建立氮气析出组分输运模型和相间质量传递模型;单元化和整体化两种方式下验证PCHE氮气过饱和析出数学模型:采用具有解析解的一维流动过程中氮气在水中扩散基准题对组分输运模型进行了验证;将平衡模型的质量传递公式编写并入UDF进行计算并与FLUENT自带的平衡模型计算结果进行了对比验证;对一维运行工况下组分质量传递模型进行了验证;基于试验研究采用数值模拟研究方法对完整模型下热工参数进行了对比验证。研究发现:模拟得到的氮气质量分数与其解析解值随着网格数量的增加逐渐接近解析解,相对误差也逐渐降低,验证了FLUENT软件中组分输运模型的正确性;UDF与FLUENT自带平衡模型计算得到的相间质量传递速率完全一致;一维运行工况下流体在计算域内停留时间越长,氮气和蒸汽组份的数值就越接近其当地条件下的饱和值,验证了相间质量传递模型用于描述氮气和蒸汽组份在液相和气相中平衡状态的正确性;数值模拟得到的热工参数结果与试验结果十分接近,验证了氮气过饱和析出计算模型模拟整个物理过程的正确性。PCHE氮气过饱和析出换热特性压力影响规律研究。基于验证正确的氮气过饱和析出数学模型数值研究了基准工况以及不同运行压力对氮气析出及换热特性的影响规律。研究发现:换热器出口氮气质量分数随压力的增大而增大,数值研究中换热器出口氮气质量分数与理论计算值最大误差仅为1.7%,可准确模拟换热器热侧通道内氮气析出换热行为;氮气从液相中过饱和析出在通道弯角后侧局部区域会形成积聚,压力越高氮气量越多,换热通道内空泡份额越高,弯角后的局部区域气泡积聚情况更为严重,此处对流换热系数会急剧下降造成传热恶化;其它区域未形成积聚的氮气能加强工质的扰动,提高换热系数,压力越高,换热系数越高;工质的焓降和压降皆随压力的增大而增大,提高压力能降低工质与壁面间温差,强化换热,工质扰动增强会增大压降造成压力不稳定。PCHE氮气过饱和析出换热特性流量影响规律研究。基于验证正确的氮气过饱和析出数学模型数值研究了不同工质流量对氮气析出及换热特性的影响规律,研究发现:流量对液相氮气质量分数减小速率存在一定程度的影响,流量越小,氮气析出速率越快,更早进入快速析出阶段,氮气质量分数减小速率越快;流量越小,气相体积分数增长速率越快,低流量工况下流速低,对气泡的冲刷弱,气泡更容易形成积聚,流域内整体平均空泡份额更高;在轴向距离0.4m之前的区域,低流量工况下存在更多的气泡可对工质加强扰动,可抵消流量差带来的换热劣势,换热系数差别不大,随着轴向距离的增加,气相体积分数逐渐保持一致,对工质的扰动程度无差别,流量越大,对流换热系数越大。