板式直流蒸汽发生器以其高于传统管壳式蒸汽发生器百倍的体积功率比特性,在压水反应堆小型化、模块化的预研中具有重要的应用前景。本文针对板式直流蒸汽发生器中典型的半圆长直通道内的流动换热特性,开展单相流和两相流的实验和数值模拟研究,旨在为直流蒸汽发生器的热工水力设计提供支撑。实验研究方面:设计加工了直径3 mm的半圆形长直通道流动换热实验段,建立了相应的流动换热实验系统平台。在完成实验系统的调试和标定之后,开展了半圆通道内单相流和相变传热两相流的热工水力实验研究。单相流实验研究了直流蒸汽发生器管内一次侧循环水的单相流体热工水力特性,与当量圆管的努塞尔数Nu和范宁摩擦系数f关系式预测值进行了对比分析,并通过实验结果修正获得半圆形直通道的Nu和f关系式。相变传热两相流实验研究了直流蒸汽发生器管内二次侧循环水的两相流体流动换热特性,实验研究了半圆形管内流体压力、质量流速、热流密度和热力学干度对流动沸腾换热系数和压降的影响规律,结果表明流体在常压和高压条件下管内沿程换热系数和压降特性具有不同的变化规律。数值模拟研究方面:共建立了三类CFD分析模型,第一类是与实验件模型相同的半圆形长直通道流-固耦合分析模型,基于该模型开展底面加热条件下管内单相流和具有相变换热的两相流数值模型分析;第二类是取板式直流蒸汽发生器一对典型通道单元建立流-固耦合分析模型,基于该模型开展实际加热条件下管内流动换热特性数值模拟分析;第三类是取5对典型通道单元建立流-固耦合分析模型,基于该模型开展流动不稳定性数值模拟研究。数值模拟研究结果表明:κ-ω湍流模型比较适合半圆形直通道的单相对流换热模拟;均相流模型结合修正的Rohsenow模型可以很好的预测半圆形直通道的流动沸腾换热特性,模拟值与实验值的相对偏差为-30%～40%;第二类CFD模型模拟结果能更好地反映实际蒸汽发生器管内的流动换热特性;第三类CFD模型模拟结果可以为蒸汽发生器内部换热通道的整体布置设计和进出口段结构设计提供参考依据。