铅铋快堆-超临界CO2循环系统中铅铋/超临界CO2换热研究综述

倪依柯，李红智，张一帆，杨 玉，吴帅帅，姚明宇

（西安热工研究院有限公司，陕西西安 710054）

1 引言

随着“双碳”目标的持续推进，核能因在减少能源污染物排放及参与电网调峰方面有着十分优秀的性能而备受关注。根据中电联电力工业统计快报，2022年我国核能发电量在全国发电总量中占比仅约4.8%，核能发电装机容量在全国发电装机总量中占比仅约2.2%，均远低于发达国家和世界平均水平，核能未来发展空间很大［1］。铅冷快堆（lead-cold fast reactor，LFR）是第四代反应堆系统极具发展潜力的堆型之一，与传统反应堆相比结构更紧凑、堆芯使用寿命更长、自然循环能力更强。使用液态铅铋合金（liquid lead bismuth eutectic，LBE）作为堆芯冷却剂有诸多优势：1）LBE中子吸收截面小，中子经济性好，可降低堆芯燃料组件密度，减少冷却剂沿程水头损失；2）LBE沸点高、热导率好、堆芯比功率高；3）相比钠冷快堆冷却剂，LBE更稳定，不与空气或水发生剧烈反应；4）相比纯铅作冷却剂，LBE熔点约为125 ℃，比纯铅熔点低200 ℃，反应堆运行更安全［2-3］。

反应堆传统二回路多为蒸汽朗肯循环，循环回路组件多、体积大、结构复杂，对空间条件要求较高限制了反应堆在舰船狭窄环境的应用。超临界二氧化碳（supercritical CO2，S-CO2）动力循环被认为是理想的热功转换替代方案。S-CO2布雷顿循环具有转换效率高、灵活性好、结构紧凑、固有安全性高、工质无相变等优点，与铅铋快堆紧凑、高效、灵活的应用需求高度匹配。在铅铋快堆设计堆芯出口温度约450～650 ℃的条件下，S-CO2布雷顿循环效率远高于水蒸气朗肯循环，因此该循环被认为是中高热源温度场景下最具应用前景的动力循环之一［4-6］。例如美国小型自然循环铅冷快堆SSTAR［7］、紧凑型铅冷快堆STAR-LM［8］、韩国长周期模块化小型铅冷快堆［9］等均考虑使用S-CO2动力循环作为能量转换系统。梁墩煌等［10］利用计算软件建立了SCO2布雷顿循环系统的热力学分析模型，研究了该型循环在不同情况下的运行状况与性能，得出了若一回路为LBE 自然循环并利用热交换器与二回路S-CO2布雷顿循环耦合，二回路循环工质最高温度可达750 ℃，循环热效率高达53.8%的结论。Li等［11］针对10 MWe 小型铅冷快堆，对再热再压缩SCO2布雷顿循环、再热朗肯循环、再热氦气布雷顿循环进行了热力学分析与经济性对比，得出了再热再压缩S-CO2布雷顿循环系统发电净效率最高，发电成本低于中国平均电价的结论。铅铋快堆与超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统深度融合，必将引领能源动力领域革命性发展。

中间换热器是铅铋回路与超临界二氧化碳回路的压力边界，是关系到铅冷快堆与超临界二氧化碳布雷顿循环耦合系统安全性的重要部件，也是耦合系统关键的热传输部件，其传热性能直接影响反应堆的发电效率与动态特性。目前关于LBE 和SCO2的耦合换热机理研究工作开展较少，对两种工质的流动传热特性掌握不足，且缺乏系统的总结分析。鉴于此，本文对已有的LBE、S-CO2流动换热研究情况和换热设备发展进行总结，指出现有研究的不足，为下一步的研究提供参考方向。

2 换热设备研究

中间换热器（intermediate heat exchanger，IHX）的作用是将热侧高温低压的LBE的热量传递给冷侧低温高压的S-CO2，不同于传统压水堆的蒸汽发生器，LBE/S-CO2耦合换热器需要额外考虑多种因素。首先换热工质与传统不同，液态铅铋合金的分子普朗特数小于常规流体数个量级，其速度边界层厚度远小于温度边界层，流动换热机理与常规流体存在较大差异，需要开展系统性流动传热机理理论研究与实验验证［12］。其次，冷热侧流体物理性质差异巨大，换热条件严苛，热侧LBE温度约450～650 ℃而冷侧S-CO2温度约250～600 ℃，热侧黏度较大的LBE为层流而冷侧S-CO2为充分发展的湍流。传统换热设备面临强度不足、换热效率低下、压降过大等问题［13］。因此，面对新的换热需要，通过对比分析多种换热器的性能与优缺点，为选择和改进耦合换热设备提供参考。为适配超临界二氧化碳布雷顿循环，节约系统空间并提升换热效率，通常选择微通道换热器（microchannel heat exchanger，MCHE）。

Kandlikar S.G.［14］将水力直径在0.01～0.2 mm 区间内的管道定义为微管道，0.2～3 mm 的管道则为细管道。当前工程应用的主流微通道换热器有板翅式热交换器（plate-fin heat exchanger，PFHE）、微型管壳式热交换器（micro shell-and-tube heat exchanger，MSTE）、印刷电路板式热交换器（printed circuit board heat exchanger，PCHE）。PFHE 是开发最早，当前应用最广的微通道换热器，图1所示为经典的PFHE 换热单元结构。由不锈钢制成的PFHE换热器最高可承受8 MPa 高压，最高800 ℃的温度。但其无法拆卸清洗，芯内的流路之间发生泄漏，几乎不可能进行修复，且通常工作温度低，无法作为LBE/S-CO2耦合换热器［15］。

图1 PFHE换热单元［16］Fig.1 Heat exchange unit［16］

MSTE 是微通道换热器领域相对较新的概念，如图2所示其结构与传统管壳式换热器类似均为直流圆管，因此管道中完全发展的S-CO2湍流强制对流换热过程的努塞尔数（Nu）可由经壁温校正因子修正的Dittus-Boelter 公式计算，该方法的可靠性已在实验室中得到验证［17］。但是当管长较长且管束较密时，易发生由湍流引起的较大振幅震荡，需要考虑支撑板的合理布置与过多管材带来的高昂成本。

图2 MSTE 换热器［17］Fig.2 MSTE heat exchanger［17］

PCHE是当前最广泛采用的S-CO2循环换热器，该类换热器的流道经化学蚀刻金属板而成，并通过扩散焊接将堆叠的金属板组合，比表面积可达2 500 m2/m3，在保证换热量的前提下换热器的体积可大幅减小。受益于其独特的加工方式，PCHE 具有良好的紧凑性、强度和极端压力温度条件下可靠的性能［18］。该型换热器最高可承受50 MPa 的压力以及从低温环境至800 ℃左右的高温［19］。近年来，PCHE 内流动换热机理研究与结构优化研究发展迅速，图3所示为几种PCHE流道类型。

图3 典型PCHE通道［20-21］Fig.3 Typical PCHE heat exchange channels［20-21］

Jeon［22］、张蓉芳［18］和Aneesh［23］均指出，在PCHE高效的换热能力背景下，通道间距、截面形状、冷热流道排列方式等几何结构对换热性能的影响较小，不同的流道选择主要是从压降等方面出发考虑的。

直通道PCHE是发展最早结构最简单的PCHE，Kim［24］通过数值分析，指出低Nu 数条件下，更小的通道直径与更大的螺旋角会提高流动摩擦系数。Aneesh［23］在直通道中布置了半球形凹槽，提升了换热能力的同时也引入了更多压降。Jing［25］在直通道中加入转弯弯管与弧形肋，在提高了流动换热性能将Nu 数提高了16.6%～30.6%的同时摩擦力变为之前的3.41～4.90倍，增加了流动压降。丁源［26］分析研究了水力直径Dh与压降的关系，在换热量相同的情况下，水力直径增加而流速下降，同时压降指数式下降，对流换热系数降低，导致管长增加。

Z 型（锯齿形）通道具有更优的换热性能和不大的加工难度，在相同尺寸下换热效率更高，成为当下应用最广泛的PCHE 类型，科研人员进行了多项关于该型PCHE 以减少压力损失及加强换热为优化目标的研究［27］。下面将从几何结构优化与边界条件选择方面总结该型换热器的研究进展。Meshram［28］评估了弯折角与弯折节点间距这两个重要的几何参数对流动换热性能的影响，其结果表明整体传热系数随弯折角的增加而增加，较高的弯折角导致横向速度的增加，从而产生更好的混合和更高的传热系数；整体传热系数也随节点间距减小而降低，对于相同的流动长度，较低的线性节距的弯曲次数越多，传热系数就越高。Ma［29］的研究同样证实了弯折角的增大增加了换热系数，增加了压力损失，并给出了不同质量流量时推荐的弯折角。李雪［30］比较了Re≥250 时，15°、25°、30°、45°弯折角流道的流动换热性能，推荐选择15°为最佳的流道结构。高毅超［31］做了类似的工作，分析了管径1～6 mm，弯折角5°～60°的Z 型PCHE 换热和压降的影响，推荐选择管径2～3 mm，弯折角20°～45°的换热器。在弯折处加入一段直管及将弯折角改为圆滑弯弧的Z 型（波浪型/梯型）PCHE 目前也获得了部分关注，Lee［32］通过数值模拟分析，发现折角处增加1 mm 长直通道，换热能力下降约5%而压力损失则明显减少50%。Zhou［33］的工作显示，将弯折角改为弯弧后，压损仅为原先的29%而体积传热速率仅略微下降了7%。

不同工况条件下，Z型PCHE不同的流动换热性能也有广泛的研究。李磊［34］通过数值模拟研究了该型PCHE 的流动换热与阻力特性，结果表明层流模型可被用于研究通道的阻力和传热性能，该型PCHE 通道的阻力系数大于半圆管直通道的阻力系数；当热侧和冷侧通道流体入口温度均不发生改变时，增加两侧流体的质量流量，通道内的阻力系数随之减小，传热效率也稍微减小；当两侧流量及冷侧入口温度均不发生改变时，提高热侧通道入口温度，通道内阻力系数成线性增大，传热效率也随之提高。Lee［35］采用剪切应力输运湍流模型进行湍流分析，评估了进口静压室壁的角度、进口静压室壁的曲率半径和进口管道的宽度参数对流动均匀性和摩擦性能的影响。翼型PCHE 作为一种较新型的PCHE，兼顾Z型通道良好的换热性能与直通道良好的压力损失。Jin［36］用实验结合数值模拟的方法，对各种翼型鳍片配置进行了分析，拟合了努塞尔数和范宁摩擦系数的关联式，结合换热器尺寸和压降计算生产成本和运行成本，为翼型翅片PCHE 的优化提供了建议。

综上所述，相较于传统换热器，PCHE 作为目前使用范围最广的S-CO2循环换热器类型，其具有良好的可靠性和高效的换热效率，是作为LBE/S-CO2耦合换热器的最佳选择。Z 型（波浪型/梯型）PCHE加工难度不大，且相比于直通道PCHE 在压损略微增长的前提下大幅提升了换热性能，正逐渐成为主流选择。翼型PCHE 换热性能与Z 型PCHE 相当且压损更小，是未来换热器流道优化和换热效率进一步提高的发展方向。

3 LBE流动传热研究

液态金属传热机理研究发展之初，通常按照比拟理论认为液态金属传热性质相似而不加以区分（如液态铅铋、钠钾、钠、汞等）。但是通过将俄罗斯及欧美科研人员早期对液态金属开展的大量研究结果总结，发现不同液态金属间传热性质存在较大差异［37］。因此，单独开展液态铅铋合金的换热机理研究是十分必要的。

3.1 LBE流动传热实验研究

已有部分国家搭建了实验平台，对LBE 流动换热特性进行实验研究与验证。瑞典皇家理工学院（kungliga tekniska högskolan，KTH）搭建了实验平台TALL，一回路为铅铋回路，二回路为甘油回路。Ma［38］在该实验装置上对比研究了直管换热器与U型管换热器中的LBE 流动换热特性，结果表明直管换热器更有利于一回路自然循环，U 型管虽有更好的换热性能但流动阻力的增加抵消了这一优势，换热器热阻主要集中在二次侧，提高二次侧的换热能力是换热器的发展方向。卡尔斯鲁厄液态金属实验室（Karlsruhe Liquid Metal Laboratory，KALLA）研究人员Pacio［39］对带导线垫片的19 针六角形棒束内的LBE 强制对流换热过程进行了实验研究，共进行了33 次实验，参数选择涉及了广泛的Re 数（约14 000～48 000）和Pe 数（约400～1 500），以实验结果为依据回顾对比了压力损失的关联式。Pacio 的研究表明，带绕线燃料棒束的摩擦系数计算参考Cheng［40］的关联式获得了良好的结果并且具有最广泛的有效性。Martelli［41］利用意大利CIRCE（CIRColazione Eutettico）液态重金属池式测试平台研究了网格间隔燃料棒束中的传热现象，并将Nu数的实验数据与Mikityuk［42］、Ushakov［43］提供的重液态金属传热对流拟合关联式进行比较，发现实验数值与提供的预测值差异小于25%，Nu 数应由Pe 数表示，不同Pe 数范围的Nu 数表达式不同。中科院工程热物理研究所于2011 启动了一项大规模的加速器驱动次临界系统（accelerator driven sub-critical system，ADS）开发计划，并建造了ADS 的LBE-氦气实验回路，基于该项目提出了一种LBE-氦气换热器如图4所示，该回路使用的主换热器由57 根直管组成（外径12 mm，内径9 mm），为逆流排列，LBE 在管侧流动，氦气在壳侧流动。Xi［44］使用该实验平台，选取264.8 ℃和289.3 ℃两种LBE 温度条件，研究了LBE回路的流动压降特性，其试验结果表明利用Moddy［38］给出的关联式计算范宁摩擦系数最为准确。

图4 工程热物理研究所加速器驱动系统试验设施LBE-氦气实验回路的主换热器［44］Fig.4 Institute of Engineering Thermophysics ADS experimental facility LBE-He main heat exchanger［44］

目前LBE 相关的流动传热实验主要集中在燃料棒束流道或铅铋回路自然循环，而缺乏换热器内的强迫对流传热实验研究，所拟合的压降关联式均与棒束几何参数径距比x=P/D相关，而不具备应用到换热器工况的适用性，对LBE 在不同换热器内特别是PCHE 换热器内的流动换热特性实验研究有待进一步开展。

与传统工质对流换热性质不同，LBE 工质的热传导对总传热的贡献更大，因此LBE 流动换热机理研究需要重点关注。部分学者针对不同的LBE 流动传热条件提出了多种Nu数预测关联式，经实验验证，部分关联式与实验结果一致性较好，对耦合换热器设计制造有重要指导意义，现总结见表1所示。多种Nu 数关联式在圆管与棒束中的适用性比较如图5、图6所示。

表1 LBE 传热预测关联式Tab.1 LBE heat transfer prediction correlation

图5 Nu数预测关联式与Johnson实验值［65］比较［54］Fig.5 Comparison of Johnson's experimental value［65］with Nu number prediction correlation［54］

图6 Nu数预测关联式比较［55］Fig.6 Correlation comparison of Nu number prediction［55］

通过大量实验证明，LBE的Nu数可表达如下：

第一项与第二项分别表达了热传导与热对流对总传热的贡献。实验发现常数γ接近0.8，而α和β取决于热交换部分的几何形状（圆管，环形，管束等），目前的研究重点是获得管束的实验数据和关联式。

综上所述，Cheng［54］预测关联式对圆管内LBE传热情况描述最准确，Mikityuk［55］预测关联式对棒束中LBE 传热情况描述最准确。目前LBE 相关传热预测关联式存在适用工况范围窄、不同结构流道关联式不通用等诸多限制，换热器条件下的关联式拟合与选择还需进一步验证。

3.2 LBE流动传热数值模拟研究

利用计算流体动力学（computational fluid dynamics，CFD）分析方法研究液态LBE 流动传热机理是便于操作且成本较低的方法。Otic［56］利用直接数值模拟方法（DNS）对液态LBE自然对流换热进行了建模分析，表明DNS 方法可准确模拟Pr=0.025 的自然对流换热，引入混合时间尺度可减少对公式中经验系数的依赖。Suzuki［57］利用程序SIMMER-III 对实验加速器驱动系统（PDS-XADS））瞬态传热恶化情况进行了模拟，指出LBE 冷却剂有良好的抗瞬态性能。Cheng［54］对圆管通道内LBE 湍流换热进行了CFD 分析，在对已有模型进行评估的基础上，结合数值模拟结果，对湍流普朗特数（Prt）模型的改进提出了建议，给出了计算结果与实验值更一致的湍流模型。Cheng［58］对三角形与正方形棒束中的LBE 湍流流动与传热进行了数值模拟，发现具有各向同性的湍流模型如k-ε，RNG,SST 模型无法准确模拟非圆形横截面流道中的二次流现象，推荐选择SSG雷诺应力模型，其指出模拟结果与实验值的差异受Pe数的影响，Pe＞2 000 时低估了实验值，Pe＜1 000 时则高过了实验值，同时给出了Pe 数参与表示的Prt模型。Tarantino［59］在对一维LBE自然循环中换热器的CFD模拟过程中选择了RNG模型，并选择了合适的Prt模型，获得了与实验值十分接近的结果。Litfin［60］对LBE 流经单个加热棒和六角加热棒束的流动分布与湍流传热进行了实验研究，结果表明强制对流情况下，单杆加热实验数据与商业CFD 结果吻合较好，在全湍流流态下，实测压力损失和数值预测具有较好的一致性。Ma［61］进行了LBE 在圆心为加热棒的环形管道中流动的实验与数值模拟，使用商业软件CFX 应用SST 模型仿真，结果显示数值模拟所得温度值在大多数径向和轴向位置小于实验值。Bricteux［62］发现对由分子效应主导的LBE 湍流换热，使用Prt并不准确，而使用直接数值模拟法（DNS）与大涡模拟（LES）方法或两种方法结合应用，对高雷诺数下的LBE 数值模拟是十分有效的，但这种方法计算量大，难以推广。Chen［63］详细总结了LBE 在圆管内流动换热拟合关联式与Prt模型，并用CFD 方法评估了在恒定热通量和恒定壁温边界条件下，各种Prt模型对LBE 在圆管中的适用性，发现在这两种条件下Prt存在显著差异，指出针对LBE流动的不同热边界条件，应选择不同的Prt模型。Guo［64］利用标准的k-ε湍流模型并参考了文献［54］中给出的Prt模型，使用ANSYS CFX 软件对直管中的LBE 湍流进行了热力学分析，将数值模拟结果与Johnson［65］的实验数据相比较，发现选择的数值模拟方法可以很好的描述LBE 的湍流与传热。Thiele［66］介绍了三种应用雷诺时均方法（RANS）的湍流模型，通过选择合适的Prt模型［54］，该数值模拟方法可用于LBE 流动过程中的强制对流换热。Kawamura［67］使用DNS 方法来研究Prt对湍流传热的影响时发现，当Pr=0.025（与LBE 的Pr 数相近）时，Prt接近墙壁处约为2.0，且在y=100 处增至最大，此后开始减少。Re 数对Prt数的影响在对数层较强，Re数越高，Prt数越低。

部分学者提出的Prt模型经验证在特殊工况下具有良好的可靠性，现总结见表2。

表2 Prt模型汇总Tab.2 Summary of Prt models

通过总结前人的工作，使用雷诺时均法模拟液态LBE 的流动换热情况时，目前更优的模型选择是SSTk-ω湍流模型与Cheng［54］提出的湍流普朗特数模型。

如上文所述，LBE流动换热过程数值模拟中最重要的是确定：1）与传热拟合关联式有关的Nu数；2）在湍流模型中至关重要的Prt模型。为了匹配实验数据，已经提出了许多Nu数与Prt数的修正公式以适配不同的Pe数范围、不同的边界条件以及不同的液态金属，但目前仍存在对LBE流动传热过程理论研究的不足，经验关联式偏差较大的问题有待进一步研究。

为了突破湍流普朗特数模型的局限性，部分学者将能量方程中的二次时均项采用简单梯度扩散假设转化为对湍流扩散系数的方式求解后，不再使用湍流普朗特数模型，而是类比求解粘性系数的两方程模型，建立了四方程模型。对于大范围的强制流动，四方程模型是预测速度和热场之间差异较大的流动中传热的强大工具，尤其是在复杂几何形状和边界条件下的流动。Abe［73］开发了早期的四方程模型，该模型适用于分离、接触流动近壁面湍流传热分析，并被用于计算后台阶流动，模拟结果与实验结果吻合良好。Manservisi［74］定义了动力特征时间τu热扩散特征时间τθ，并建立了液态铅铋合金湍流传热的kθ-εθ模型，该模型能够较准确地模拟液态铅铋热通量的近壁湍流行为。何少鹏［75］利用基于上述四方程模型开发的求解器对带绕丝棒束通道中液态金属铅铋的流动换热现象进行数值模拟，结果表明在棒束壁面附近，利用该模型能更全面的考虑到液态铅铋湍流换热过程中动量与能量扩散效果的不同，进行更准确的模拟计算。

4 S-CO2与LBE/S-CO2耦合流动传热研究

4.1 S-CO2流动传热特性研究

目前，关于超临界二氧化碳的对流传热机理已有广泛的研究，形成了几十种适用于不同工况条件下的传热关联式，大量的研究工作讨论了不同流动参数、结构参数、换热条件、温压条件下的S-CO2对流换热情况，以及浮升力效应、热加速效应、物性变化对S-CO2流动传热的影响［76-77］。以下罗列部分PCHE 条件下S-CO2传热关联式与摩阻系数关联式如表3所示。

表3 PCHE中S-CO2关联式Tab.3 S-CO2 correlation in PCHE

4.2 LBE/S-CO2耦合换热特性研究

目前针对LBE/S-CO2耦合换热的研究工作开展的较少，对影响换热效率的因素认识仍有不足，一些国内外研究人员通过数值模拟的方法对LBE/S-CO2耦合换热特性进行探究。蒋屹［80］利用FLUENT研究了PCHE几何结构、工质质量流量、温度、压力等因素对耦合换热量与换热系数的影响，并利用灰色关联度理论分析了以上因素对耦合换热的影响重要程度，发现冷热流体温差对换热量影响最大，液态LBE进口质量流量对换热量影响最小；S-CO2质量流量对耦合换热系数影响最大，液态LBE 质量流量对换热系数影响最小。该模拟结果还表明，浮升力与热加速效应对耦合换热的影响较小。崔大伟［81］利用数值模拟方法，对套管中的LBE/S-CO2耦合换热进行了研究，比较了Prt模型对模拟结果的影响发现：高温区内，对远离拟临界点处的传热，Prt模型的影响较小；拟临界区内，Prt模型对结果的影响较大，相对误差可达2%；耦合传热热阻主要存在于S-CO2一侧，提升这一侧雷诺数可显著提升换热效率。Zhou［82］利用数值模拟的方法，研究了改变工质流动参数来提高流动换热的方法，研究结果表明：随着质量流量的增大，LBE 与S-CO2的换热有不同程度的增强，LBE 与SCO2的压降均增大且LBE增加的更多，改变S-CO2质量流量对流换热系数有显著变化，S-CO2侧在耦合换热过程中起主导作用。Xu［83］采用数值模拟手段研究了双D 型直通道PCHE 中LBE 和S-CO2的流动和共轭传热。结果表明，增加工质间温差抑制了S-CO2侧的传热，增加压力降低了整体传热系数。Liu［84］提出一种新的PCHE并采用数值模拟方法分析了其性能，结果表明：改变LBE 的速度导致LBE 侧的对流换热系数增加7.1%～8.3%，S-CO2侧的对流换热系数增加38%；改变S-CO2的速度，LBE 的对流换热系数增加6.1%～7.5%，S-CO2的对流换热系数增加32.8%～38.0%；两侧工质的数值计算结果与拟合关联式的偏差分别小于18.1%和12.7%。刘书涵［85］利用数值模拟的方法研究了一种非对称式紧凑式耦合换热器内S-CO2与液态LBE耦合换热特性，其结果表明提升SCO2入口速度会显著增强换热；增加LBE 入口速度，总换热系数先降低后增加；提升换热器冷热流体入口温度，换热器换热系数先减小后增大，存在最优值。

大量的研究表明，S-CO2与LBE 耦合换热时，热阻主要存在于S-CO2侧，因此提高耦合换热效率可从优化S-CO2侧入手。目前关于影响耦合换热效率因素的研究，关于换热器对系统整体效率的影响效果研究还较少，可参考的设计工况不充分，对两种工质的耦合换热机理研究还需进一步探讨。

5 结论

液态铅铋反应堆与超临界二氧化碳布雷顿循环耦合系统是未来能源革命中的关键性技术，正在得到国内外能源领域专家学者们的广泛关注。由于耦合系统的两个回路中工质物理性质特殊、流动换热机理差异巨大，耦合系统面临诸多实际应用中的困难。本文对适用于耦合换热的中间换热器进行了系统分类，回顾总结了液态铅铋与超临界二氧化碳流动传热机理的研究发展，指出了现有研究中存在的问题，主要结论如下。

1）印刷电路板式换热器PCHE 的加工技术成熟，换热比表面积高达2 500 m2/m3，在极端环境下有良好的可靠性，是目前耦合系统的最佳选择。多类PCHE 不同几何结构对耦合换热的影响效果仍需进一步研究。

2）液态LBE 的流动传热实验研究还较少，选择的边界条件多为均匀加热的棒束或回路内的自然循环，且实验工况范围较窄所得数据不全，依据此类实验数据拟合的传热关联式在描述换热器中实际情况时偏差较大；液态LBE 与S-CO2直接换热的研究也较少。

3）数值计算模型的性能与可靠性一般，湍流普朗特数模型还需要不断改进。

4）中间换热器布置在反应堆内的研究较少，其对整体核电系统安全与效率的影响需要更多的关注。