非能动余热排出热交换器(PRHRHX)和内置换料水箱(IRWST)是AP1000核电厂实现非能动冷却的重要部件,担负着安全可靠的导出堆芯余热的重任,保证了反应堆安全。事故工况下,PRHRHX将一回路热量带走,并在IRWST内进行冷却,其中IRWST水箱内温度分布、流场分布、热分层现象等因素都对PRHRHX的换热能力有很大影响。但是IRWST结构复杂,且PRHRHX布置在水箱一侧,对于IRWST水箱内温度及流场分布并不清楚。此外,为了再次开发AP1000核电技术,我国开始设计更大功率的大型先进压水堆核电站,IRWST和PRHRHX的设计参数已不再适用功率提升后的反应堆。为了获得更大的余热排出能力,这就需要对PRHRHX的结构设计提出优化方案。所以,对IRWST和PRHRHX的研究是十分有意义的。在总结前人研究后,本文根据相似理论分析方法(H2TS)得到的模型进行建模。通过FLUENT软件进行2000s瞬态数值模拟计算,得到了水箱内不同时刻不同位置处的温度场及流场分布。经过分析,总结出了水箱内温度场及流场的变化规律。然后利用实验数据对比了数值模拟得出的温度分布和流场分布。对比结果显示,数值模拟可以很好模拟水箱中单相自然对流换热过程。以此验证了数值模拟中应用的理论计算模型和假设的合理性。PRHR HX换热管采用圆形集中布置方式,这样布置会存在一些问题。换热器水平段：管外流体越靠近圆的上部温度越高；换热器竖直段：管外流体越靠近圆的中心位置温度越高。这样,在上述两个区域内,管内外温差变小,换热效果变差,从而减少了总换热量和自然循环压头。为了提高PRHRHX的换热效果,本文提出了两个在结构上改进的模型。利用FLUENT软件,应用已被验证过的计算模型和假设进行对比计算。结果对比中得出了不同结构对换热系数的影响。这为提高PRHRHX的换热效果,在优化结构设计上提供改进思路。