나선형 열교환기 유동 및 열전달 특성 수치 해석

석탄 화력 발전의 심층 피크 부하 시스템에서 증기 추출 및 용융염 축열과 연동되는 핵심 열교환 장비의 유동 및 열전달 특성은 시스템 성능에 직접적인 영향을 미칩니다. 본 연구는 나선형 열교환기(SWHE) 내 고압 과열 증기와 저융점 용융염의 열수력학적 특성을 체계적으로 분석하기 위해 정상 상태 단상 수치 시뮬레이션 방법을 활용했습니다. 주요 기하학적 구성 매개변수와 작동 매개변수가 열교환 성능에 미치는 영향을 평가하고, 종합 성능 평가 기준(PEC)을 기반으로 정량적으로 분석했습니다. 연구 결과, 기하학적 매개변수는 주로 양측의 유동 면적을 변경하여 열전달 계수와 압력 강하에 영향을 미치는 것으로 나타났습니다. 작은 튜브 직경, 작은 첫 번째 층 권선 직경, 그리고 적절한 층 간격 및 튜브 간격은 양측의 열수력학적 성능에 긍정적이며, 특히 쉘 측에서 더 두드러진 효과를 보였습니다. 작동 매개변수는 각 작동 조건을 통해 성능을 결정합니다. 증기 유량을 늘리거나 압력을 높이고, 과열도를 줄이면 증기 측 열전달이 향상됩니다. 압력 강하는 주로 유량과 압력에 의해 영향을 받습니다. 용융염 유량을 늘리면 열전달이 향상되고 압력 강하가 증가하며, 용융염 온도를 높이면 열전달에는 유리하지만 압력 강하에는 미미한 영향을 미칩니다. 또한, 양측은 열적 결합을 통해 상호작용합니다. 증기 압력을 줄이거나 과열도를 높이면 용융염 측 성능 최적화에 도움이 되며, 용융염 유량을 늘리면 증기 측 열전달이 향상됩니다. 반면, 용융염 입구 온도를 높이면 열전달이 억제됩니다. PEC 분석에 따르면 높은 작동 조건이 최적의 성능을 제공합니다.