由于具有可提高燃料转换比等优点,紧密栅结构的燃料元件被广泛应用于一些现有及概念设计堆型中。与栅径比较大的棒束结构相比,紧密栅棒束内存在明显的温度分布沿周向不均匀性。由于包壳温度是反应堆热工设计的重要指标,有必要对紧密栅棒束内换热沿周向分布的规律特点进行研究,并开发可以对燃料棒内温度沿周向分布的情况进行预测的计算工具。在对国内外研究现状进行充分调研的基础上,本文对棒束内周向传热不均匀性这一现象的研究路线可概括为:建立针对该现象的数学模型并进行理论分析——在理论分析的基础上归纳影响该现象的无量纲数——以CFD方法对不同工况进行参数分析——确定描述传热沿周向不均匀性的经验关系式——建立三维的燃料棒模型,将周向导热模型引入子通道程序。论文的工作主要包括以下几方面:(1)在一定假设和简化的基础上,从基本守恒方程出发求解棒束内温度分布的半解析解;(2)推导影响棒束内温度分布的无量纲数,以此为基础并结合半解析解的形式提出了局部换热系数沿包壳表面分布的经验关系式的基本形式,并通过CFD计算确定经验关系式中的待定系数;(3)采用上述经验关系式作为边界条件,开发了子通道程序的非均匀燃料模型,并将其应用于不同堆型的子通道分析中。本文的主要结论为:(1)对于流体为常物性的情况,局部换热系数和包壳温度沿周向的分布近似于余弦分布,子通道内窄缝附近的温度要高于中心区域的温度;(2)局部换热系数的分布受栅径比的影响较大,由于包壳对于周向温度展平的重要性,包壳与流体导热系数之比对换热系数的分布也有影响,当流体的普朗特数较低时,换热的周向不均匀性随普朗特数的减小迅速增强;(3)在引入非均匀燃料棒模型后,新的子通道程序有能力对燃料棒内温度沿周向的变化趋势进行预测,计算结果与现有实验数据吻合较好。本文旨在开发一种计算方法来改造现有子通道程序,使之可以计算紧密栅内温度沿周向分布不均匀性,对后续的先进反应堆热工水力分析及程序开发研究有一定启发意义。