电站锅炉腐蚀产物的沉积造成的热阻和流动阻力的增加给机组的安全经济运行带来了严峻的挑战,尤其是在工质从亚临界状态向超临界状态过渡的区域,腐蚀产生的Fe系腐蚀产物溶解度迅速降低,并结晶形成颗粒。颗粒在跨临界区流场作用下沉积在管道壁面,由于该区域工质物性参数的剧烈变化,流场状态与其他区域相比有较大差异,沉积行为尚不明确。实验是获得沉积规律最直接的方法,但是目前对跨临界区域颗粒沉积规律研究的相关实验较少,缺乏可借鉴性。因此,本文借助CFD数值模拟软件研究跨临界区温度场和流场特征,分析预设实验参数变化对温度场和流场的影响,并根据模拟结果对实验系统进行了设计。首先,选用适合超临界流体传热计算的(SST)k-ω湍流模型,建立预设实验几何模型并进行网格划分,根据预设实验参数设置边界条件。同时分析了跨临界区腐蚀产物沉积的影响因素,说明温度场和流场变化与腐蚀产物沉积之间的重要关系。然后,选择温度场中的临界温度分布为对象,分析预设实验参数变化对其影响,建立了入口温度、质量流速、热流密度、管径与临界温度分布的关系,获得了跨临界区临界温度分布规律。其中,入口温度、质量流速、热流密度变化对“亚临界段”长度的影响大于对“过渡段”长度的影响,管径变化对“过渡段”长度的影响大于对“亚临界段”长度的影响。随后,选择流场中的粘性底层特征为对象(厚度和速度梯度),分析预设实验参数变化对其影响,建立了入口温度、质量流速、热流密度、管径与粘性底层特征的关系,获得了跨临界区粘性底层特征变化规律。其中,入口温度变化对粘性底层厚度和速度梯度没有影响,热流密度变化对“过渡段”粘性底层厚度最大值所在轴向位置以前的粘性底层厚度和速度梯度影响较小,对其后的粘性底层厚度和速度梯度影响较大,而质量流速和管径变化会对整体粘性底层厚度和速度梯度造成显著影响。最后,设计了跨临界区腐蚀产物沉积实验方案。通过设计实验系统流程和选择主要部件,实现腐蚀产物在跨临界区沉积的目的。并且根据模拟结果,选取一组预设实验参数。以其为例,对实验系统的参数进行设计,包括泵的流量、预热器的功率和实验段加载电压等。以一组不同质量流速的工况为例,说明验证模拟结果准确性的具体方案:将实验所测的外壁温数据与换算后的模拟内壁温数据对比,在同一轴向位置若相差不大,即可验证模拟结果的准确性。