“碳达峰、碳中和”的目标为我国核能的发展提供了重大机遇,但是核能在给人类社会发展带来诸多便利的同时,也带来了核废料处理这一世界性难题。加速器驱动次临界系统是目前合理解决核废料处置难题的有效方案之一。散裂靶作为加速器驱动次临界系统中耦合加速器与次临界反应堆的部件,对系统整体的安全运行和功率水平的提高起着重要的作用。目前,新型颗粒流靶与液态金属靶均作为加速器驱动嬗变研究装置的候选靶型。两种散裂靶工质既能与束流发生散裂反应产生中子又能作为冷却剂移除束流产生的沉积热。本文基于这两种新型散裂靶工质—钨合金颗粒和液态铅铋合金,采用数值模拟和实验验证相结合的方法,对其在热交换器内的流动特性及传热机理进行研究。首先对颗粒流靶中的工质—钨合金颗粒的传热机理进行了研究。在总结了密集相颗粒传热的几个途径之后;将几个独立传热过程进行合理的组合得到总的有效传热过程的热阻;通过实验对模拟结果进行验证,提出了密集相颗粒接触传热模型。从实验上获得不同工况下的颗粒换热器的有效换热系数,并与密集相颗粒接触传热模型的计算结果进行对比分析,计算结果与实验吻合较好。由于颗粒的传热性能与其流动状态密切相关,对颗粒在换热器内部流场分布进行实验研究,发现其内部颗粒呈现漏斗流与质量流两种流动形态。建立三维换热器计算模型,对其内部形成质量流的条件进行探索。发现当换热器的几何参数与材料属性参数在一定限值范围内,在其内部可以形成稳定的质量流。综合考虑了换热器内部流场形态及换热机理,提出了颗粒在换热器内部的停留时间模型。综合考虑换热器内部质量流形成条件、有效换热系数及停留时间等因素,对250 kW束流沉积热量颗粒流换热器进行了优化设计。其次使用三种湍流模型及四种不同普朗特数模型相结合的方式,对环形管道内液态铅铋的流动传热进行数值模拟。通过与实验对比,发现可实现k-ε和SST k-ω湍流模型与Cheng湍流普朗特数模型相结合的计算模型,计算精度更高。使用SST kω湍流模型与Cheng湍流普朗特数模型对液态铅铋/导热油换热器内的导热油流道、铅铋流道进行优化计算。导热油和液态铅铋入口流量、入口温度的改变都会对换热器换热性能产生影响。基于以上计算结果,同样对250 kW束流沉积热量的液态铅铋换热器进行了优化设计。最后对两种散裂靶工质的传热特性进行了对比分析,液态铅铋在换热器内的传热主要是铅铋对流换热,不管层流还是湍流流动条件下,分子热传导占主要地位,换热器的热阻分布在整个流动界面上,径向温度梯度受到壁面温度的影响比较大。从冷却剂侧入手改善换热器的换热性能;对颗粒流在换热器内的传热贡献最大的是颗粒与壁面间的接触传热,而且颗粒传热还受停留时间的影响,热阻主要集中在颗粒侧,从颗粒侧入手改善换热器的换热性能。对比同换热等功率条件下两种散裂靶工质换热器的换热系数,发现铅铋换热器的换热系数要远远大于颗粒流换热器的换热系数。即在同等条件下,液态铅铋换热器的尺寸要远远小于颗粒换热器的尺寸,在紧凑型靶的应用更具有优势。