安全壳过滤排放系统(FCVS)是一种用于防止安全壳超压失效的严重事故缓解措施,已在全球多个国家的核电厂中得到应用。大部分研究集中在FCVS的过滤效率及安全壳降压,针对FCVS本身的热工水力特性分析及长期运行行为的研究很少。本文使用热工水力程序RELAP5对典型湿式FCVS设计进行建模分析,研究了全场断电引发的严重事故情况下FCVS的热工水力及长期运行特性。同时,为获得FCVS内更详细的气液两相流流场信息并优化系统局部结构,使用CFD软件对小型试验台架miniFCVS和含特殊喷嘴的鼓泡塔进行了局部流场模拟。首先,选用CCI FCVS为研究对象,利用RELAP5/MOD3.3程序对其进行建模,分析在全场断电事故情况下采取周期性启闭排放策略时系统内的长期运行热工水力特性,结果表明该策略下系统内洗涤液储量呈周期性波动变化,系统可正常运行达250小时。在此基础上搭建了简化的安全壳模型作为边界条件,以模拟系统采取开启后不关闭策略时系统内的热工水力特性,结果表明洗涤液储量先增加后逐渐减小,排放后期可能出现洗涤液蒸干从而导致过滤失效。环境温度、初始液位、衰变热功率、启闭压力等关键因素会对系统运行行为产生重要影响,初始液位选取在3~4 m范围时系统的长期运行状态较佳,但需在高温时适当提高液位,低温时适当降低液位;衰变热功率需控制在150~260 kW,可考虑辅助给/排水进行调节;开启压力可从450 kPa提高到500 kPa;关闭压力在250~300 kPa均比较合适。其次,针对小型实验台架mini-FCVS建立RELAP5模型,与实验结果进行对比,验证RELAP5模型的合理性,研究了内结构参数对于两相液位的影响。另外,利用CFD软件对该实验台架进行建模和数值模拟,与实验结果进行对比验证CFD模拟的合理性,并分析mini-FCVS内部详细的气液两相流行为,发现喷嘴使气相形成气柱,混合单元强化气液相间的混合,回流单元有利于气相回流。最后,利用CFD软件对含挡板喷嘴的鼓泡塔中的气液两相流行为进行三维模拟和分析,研究了挡板对含气率、轴向流速、气泡直径等流场参数的影响。结果表明喷嘴出口添加带孔挡板使得壁面附近气液流速降低,有利于延长壁面附近气泡在液体中的滞留时间,利于整体气泡直径的减小、中心局部含气率和局部相间界面面积的增大。但过多的挡板会使得气体形成高速射流,不利于气体的分散以及整体含气率和相间界面面积的提高。综合而言,挡板数为2块比较合适。本文对不同排放策略下FCVS的热工水力特性和长期运行行为的研究,能为FCVS的工程设计和运行提供参考准则。对系统内部三维气液两相流场的研究,能为系统局部结构优化提供指导。