钍基熔盐堆-固态燃料2号堆(TMSR-SF2)是基于球床熔盐堆固态燃料1号堆(SF1)的小型模块化堆型,这种新型概念堆吸收了SF1的氟盐冷却剂、包覆材料颗粒、高温低压运行、高热惰性、高安全裕度、高燃耗球床、在线换料、非能动余热排出系统等诸多优点,并通过小型模块化思维引入了包括简约系统,小体积优势、一体化设计、建造运输组装流程模块化、低启动资金、多模块功率调节、核热应用在内的新特点,相较SF1拥有显著的经济性与安全性优势。小型模块化反应堆目前已成为国内外研究的前沿领域,SF2作为TMSR-SF系列的下一代堆型,其热工水力设计与安全事故分析具有重要的研究意义与战略价值。本文第一部分基于熔盐堆与小型模块化反应堆调研结果,提出了SF2的初步设计方案。然后使用Fluent软件完成了堆芯各部件与整体的热工水力设计,主要包括以下几方面关键问题:(1)下降环腔与下腔室设计,缓解了局部湍流对结构的冲击效应;(2)反射层熔盐孔道与活性区进出口挡板设计,显著降低了压降并展平了温度分布;(3)上腔室设计,强化了冷却剂搅浑程度;(4)球床稳态与瞬态模拟,求解了温度分布与响应时间。除此之外,还使用经验与理论关系式完成了熔盐换热器与RVACS的初步计算。最终基于模拟结果完成了SF2的初步方案的优化设计,为安全事故分析提供了基本输入参数。本文第二部分使用RELAP软件开展了安全事故分析,研究工作包括以下内容:(1)对SF2进行全堆节点化建模并对比验证了模型的等效性;(2)完成了一系列典型事故的模拟与分析,证明了SF2的高安全性,且安全系统与固有安全性具有的良好的互补性;(3)证明了小型模块化设计对事故种类、进程与物理现象的显著简化与整合作用;(4)通过一系列瞬态扰动事件的模拟与分析证明了固有安全性的高稳定作用;(5)综合考虑各类继发事件与安全策略,提出了依靠主循环泵冷却堆芯的事故缓解措施,验证了热惰性在固有安全性中的重要地位和强化手段;(5)对主要安全系统进行了不确定性研究,对其系统设计裕度提出了具体要求,证明了RVACS在事故前期与后期的局限性,给出了相应改进方法;(6)开展了关键反应性参数的敏感性分析,证明了冷却剂反应性反馈在瞬态扰动中的稳定作用;(7)发现了事故后期回路因自然循环产生的振荡与逆流现象,揭示了其生成机制。最后通过比较分析事故模拟结果,总结了安全特性,提出了事故策略选择,证明了SF2当前设计可以满足主要安全设计准则。