随着超临界流动传热研究的发展,火力发电逐步运用超临界机组技术,其热效率大为提升,高达40%,大大的提升了电厂的经济性。超临界水冷堆作为六种第四代先进反应堆之一,其设计概念正是基于超临界火电厂优异的传热特性而提出的,其热能利用率最高可达45%,远远高于现行的压水堆(现行压水堆的热能利用率最高为32%)。在超临界水堆设计工况下,超临界工质的工作压力高达25MPa,堆芯出口温度超过500℃,这对反应堆的热工水力安全设计是一项重大考验,因此必须对超临界水堆工况下的超临界水流动传热问题进行深入的研究。目前,超临界流动传热研究主要分为实验研究和数值分析两大类。实验研究超临界水传热特性的技术难度大、成本高、周期性长,并且难以获得微观层次上的流场分析。因此,在有限实验研究的基础上开展超临界流动传热数值分析,不仅有利于降低研究成本,还可以在更宽的参数范围内研究基本流动传热现象和机理。本文以上海交通大学大型超临界水多功能实验装置(SWAMUP)上进行的10mm圆管超临界水传热实验研究为基础,采用CFD数值分析方法对垂直圆管超临界水上升流动传热中的传热恶化、传热强化及各主要参数开展敏感性分析,同时研究湍流模型对数值分析结果的影响,并通过与实验数据的对比,优化湍流模型。本文中研究思路为:首先采用CFD软件建立与实验几何模型相同的垂直圆管超临界水上升流动的管道模型,将物理模型有限元化并划分网格,然后参考实验工况确定边界条件和参数,选取适合的低雷诺湍流计算模型对不同工况下的流动传热现象进行数值仿真计算,最终获取流场微观层面的参数,分析正常传热、传热强化、传热恶化等传热现象的发生机理。本文选用三种湍流计算模型,包括一种高雷诺数湍流模型和两种低雷诺数湍流模型。采用控制变量的研究方法对垂直圆管内超临界水上升流动的传热特性进行数值模拟计算。其间,先通过对三种湍流计算模型进行网格的敏感性分析,消除网格量级不同所引起的误差,统一网格结构与数量;并将标准k-ε湍流模型、低雷诺k-ε湍流模型、低雷诺k-ω湍流模型的计算结果与同一工况的实验测量值进行对比。结果表明,标准k-ε湍流模型适用于在高雷诺数的条件下计算正常传热情况,而低雷诺数的湍流模型适用于计算传热恶化与传热强化的情况。最后对比两种低雷诺数模型与实验结果的符合情况,选择较好的一个进行传热数值分析。根据控制变量法,采用低雷诺k-ω湍流模型对不同压力、不同壁面热流密度和不同入口质量流量的多种工况进行数值模拟;通过壁面温度分布的情况,提取发生传热恶化和强化下的管道截面流场参数,研究影响圆管内超临界水上升流动发生传热恶化与传热强化的因素,从流场的速度梯度、密度分布、导热系数、定压比热、湍流粘度的变化上,对传热现象和相应的传热机理进行分析。