国际热核聚变实验堆(ITER)包层对流换热性能以及传热性能,是包层研究中重要的参数。各个参与国的科学家都在对其热力学性能进行模拟研究。许多计算结果已经运用到包层结构实际加工过程中。但这些数据的准确性值得怀疑。基于这一点,本文通过实验方式对包层的热力学性能进行研究。本文基于现有包层第一壁模型结构,搭建对流换热试验台架。设计数据采集系统,加热系统及实验气路。对流换热试验采用全工况实验方式,对不同雷诺数、管道截面、以及热流密度下第一壁流道对流换热能力进行实验。针对25mm宽管道进行数值建模,并比较实验与模拟结果的差异。为了解包层增殖模块传热规律,建立包层球床等效导热率测量的实验装置。其中Li2TiO3球床由1-1.5mm直径的陶瓷小球组成,并放置在宽度为20mm的圆柱形空间内。探索不同温度,填充率,填充气体情况下,球床等效导热率变化情况。换热实验结果表明,热流密度对管道的对流换热能力影响很小。但高热流密度,尤其是在高雷诺数下,会提高实验数据测量的准确性。管道截面对流道的对流换热能力影响很大,25×25mm宽方形管道的对流换热效果最好,当雷诺数超过70000以后这种效果更加明显。异型弯管改进方案,可以强化流道整体以及弯头局部的对流换热效果。与普通弯头流道比较,流道损失增加较少。数值模拟与试验得到的壁面温度和管道压降变化趋势基本一致,最大误差小于9%,采用该方法对包层进行数值模拟是可行的。球床实验测量不同球床平均温度和填充率情况下的等效导热率。填充率为88%的球床实验结果表明,等效导热率与球床平均温度成正比。但近壁面处传热系数基本不变,其平均值约为254W/m2K。不同的填充率对球床等效导热率影响很大。采用带振动的包层球床填充方式,有利于提高球床的换热性能。导热率差距较大的填充气体对球床等效导热率影响,取决于气体导热系数变化。