熔盐堆是第四代核能系统的六种候选堆型之一,特殊之处在于采用液态熔盐作为冷却剂和增殖燃料,其在固有安全性、中子经济性、核燃料循环、小型化、在线处理、核资源的有效利用和防止核扩散等方面具有突出的优点。中科院在2011年启动的战略先导专项之钍基熔盐堆核能系统,其目标之一是建成热功率为2MW的液态钍基熔盐实验堆(TMSR-LF1)。液态熔盐堆的燃料通道是闭式循环通道,相邻通道之间的熔盐流体没有质量和动量的交换过程。在反应堆热工水力设计中,依据各冷却剂通道进出口的温度、流量、进口压力等已知条件,确定堆芯进口流量的分配和堆芯内部的压力分布;依据堆芯轴向和径向的功率分布,计算各冷却剂通道的温度分布。在液态熔盐堆热工水力设计中,堆芯进口的流量分配正比于释热量分布,通过采用堆芯径向不同区域内冷却剂流量不相同办法,展平堆芯径向的功率不均匀程度,从而保证堆芯上腔室中熔盐流体的均匀混合,避免熔盐流体分层流动和热点漂移。本论文以2MW液态钍基熔盐实验堆(TMSR-LF1)为研究对象,使用三维建模软件Solid-Works建立TMSR-LF1堆芯三维几何模型,以计算流体力学软件ANSYS FLUENT为主要研究工具,主要研究了上下腔室结构和下腔室流量分配装置对堆芯流量分配的影响,确定堆芯流量分配方案。在液态熔盐堆堆芯1/4模型上验证了改变下腔室结构和设置流量分配装置可以优化堆芯流量分配的可行性。在TMSR-LF1整体模型上,通过计算分析比较了标准椭球形上腔室高度减半和下腔室喇叭状结构、以及在喇叭状下腔室设置圆柱形、长方体形、半球形、碗形、筒形、圆柱形与筒形组合型流量分配装置等堆芯流量分配优化方案的数值计算结果,确定了堆芯流量分配设计优化方案为:堆芯上腔室为标准椭球高度减半,下腔室为喇叭状并设置半球形、圆柱形和筒形组合型流量分配装置。选择了标准椭球形高度减半上腔室和喇叭状下腔室的方案以及在这种方案基础上设置半球形和组合型流量分配装置的方案,计算分析了加载均匀热源与非均匀热源熔盐通道出口截面温度分布对称性问题。研究结果表明:改变下腔室的结构能够有效的消除流动死区和抑制涡流,优化流场分布,使上腔室熔盐流体均匀混合;在下腔室设置流量分配装置能够达到堆芯熔盐通道流量分配均匀化,展平堆芯径向功率分布的要求。本文的研究结果可为TMSR-LF1的堆芯结构优化设计提供参考依据。