与自然循环蒸汽发生器相比,直流蒸汽发生器内产生过热蒸汽,可以有效提高汽轮机工作热效率,得到国内外研究者的广泛关注。直流蒸汽发生器二次侧工质经历从过冷到过热状态,必然出现汽液两相流动、壁面蒸干、壁温飞升等现象,使得直流蒸汽发生器的研究更加困难。蒸干的出现使传热能力大大降低,更有可能对换热设备造成安全威胁。因此,准确预测直流蒸汽发生器传热特性对换热设备的设计、运行以及安全工作至关重要。以美国B&W直管式直流蒸汽发生器为研究对象,利用近似模化法,分别建立了直流蒸汽发生器二次侧三维“单元管”物理模型以及一、二次侧流固耦合三维“单元管”物理模型,并基于两流体模型和两流体三流场数学模型分别对核态沸腾区和缺液区流动传热特性进行描述,采用FLUENT软件对直流蒸汽发生器二次侧沸腾传热特性以及一、二次侧流固耦合特性进行了数值模拟,得到了蒸汽发生器内流动及传热关键参数的分布规律,分析了直流蒸汽发生器二次侧核态沸腾区以及缺液区流动传热特性以及一、二次侧流固耦合传热特性。计算结果表明:二次侧每个传热区段的对流换热系数与经验公式计算结果相比误差均在合理范围内。传热管内、外壁温度变化趋势相近,内、外壁面分别与一次侧和二次侧工质接触,因此内壁温度高于外壁温度。根据热力计算,蒸干点位置为7.52m,误差为2.9%。蒸干位置处壁面不再有液体的润湿,传热能力大大降低,导致距离传热管入口约7.3m处壁温出现非线性形式飞升,内、外壁温度飞升幅度分别达到12.5℃和20.5℃,平均壁面温度飞升幅度为16.5℃,与B&W直流蒸汽发生器运行参数吻合良好。数值模拟结果还显示,蒸干位置处出现壁面温度震荡现象,主要由蒸干点附近液膜和蒸汽交替接触壁面以及两相流脉动现象引起。传热管内、外壁面热流密度变化趋势较为合理,在蒸干点位置处达到最大,即临界热流密度。直流蒸汽发生器流动传热数值计算结果可对直流蒸汽发生器设计及安全运行提供参考依据。