铅冷快堆具备较好的增殖核燃料以及嬗变核废料潜力,兼具良好的经济性以及固有安全性,第四代国际核能论坛(GIF)认为其是四代堆中有希望第一个实现工业使用示范化的堆型。但是铅冷快堆多采用池式结构设计,这种设计将换热器直接浸没到一回路冷却剂中,紧凑的结构排布、复杂的热工水力现象、液态铅铋合金对结构的侵蚀和腐蚀以及一回路系统和二回路系统之间较大的压差会引起蒸汽发生器管泄漏或破裂事故(Steam Generator Tube Rupture/Leakage,SGTR/L),从而引发相关的安全问题。当事故发生后,二回路中的高压冷却水在压力作用下进入一回路,与高温液态铅铋合金之间产生直接的接触换热,二回路系统的冷却水将迅速沸腾,产生瞬时压力冲击波影响破坏周围结构,并且由冷却剂热量交换形成的两相流产生大量气泡,这些气泡在液态铅铋合金的夹带下对换热器甚至于堆芯的局部传热都具备一定的威胁性。因此,开展这方面的工作就显得相当重要。本文主要研究铅冷快堆换热器传热管破裂/泄漏事故下,液态铅和高压冷却水相互作用产生的气泡在一回路中的夹带迁移和积聚行为,开展多相流计算模型筛选和验证,研究液态铅内夹带气泡最大尺寸影响因素,基于中国科学技术大学自主设计的小型自然循环铅冷快堆SNCLFR-100以及强迫循环铅冷快堆M2LFR-1000研究气泡在反应堆内不同位置的积聚概率和逃逸概率,并对两种不同循环反应堆的计算结果进行分析讨论。论文的主要工作包括:(1)对常用的多相流模型进行了比较,针对换热器中小气泡泄漏事故,选取了分散相模型(Discrete Phase Model,DPM)进行了详细的介绍,采用欧拉-拉格朗日方法对气泡轨迹进行定向追踪,基于各种低动力粘度下气泡上浮终端速度的实验数据对该模型进行了正确性验证,确定了曳力系数关联式。在此基础上开展了稳定流场中低纯净度液态铅夹带气泡最大尺寸影响因素的研究,利用曳力系数关联式和力学模型求解气泡尺寸满足的关系式,并与模拟结果进行比较,得出结论:液态铅速度越大,能夹带气泡尺寸越大,温度影响不明显。(2)针对小型自然循环铅冷快堆SNCLFR-100,利用ANSYS FLUENT在稳态工况模拟结果的基础上开展了气泡泄漏后的轨迹追踪计算,在堆的各部分设置了监测面,统计到达这些监测面的气泡数量,分析不同泄漏高度下不同尺寸的气泡在不同纯净度流场的迁移深度以及可能的气泡积聚位置,并对泄漏事故下气泡进入堆芯的流量进行了定量计算,获得了气泡在堆内不同位置的积聚概率和逃逸概率。相较而言,低泄漏面条件下,低纯净度液态铅对小尺寸气泡的夹带能力最强。当反应堆正常运行时,泄漏产生的小尺寸气泡进入堆芯循环后逃逸,大尺寸气泡直接上浮逃逸,不能被夹带的气泡可能积聚在隔板上方及堆芯入口前。(3)针对强迫循环铅冷快堆M2LFR-1000,对其进行了四分之一堆的模型建立,利用ANSYS FLUENT对其稳态工况的计算进行了计算并与设计值进行比较,在此基础上加载了 DPM模型,进行了气泡泄漏后的轨迹追踪计算,统计了不同泄漏高度下,不同尺寸的气泡在不同纯净度液态铅的夹带下进入堆芯、留在堆芯、再次进入换热器入口以及直接上浮的概率,并针对设定限制泄漏事故下进入堆芯、留在堆芯、再次进入换热器入口的气泡流量进行了定量计算。得出结论如下:驱动循环洗啊泄漏高度对气泡迁移有一定的影响但不明显,低纯净度下的液态铅对小尺寸气泡夹带能力有显著增强。最后比较了 SNCLFR-100和M2LFR-1000的泄漏气泡追踪计算结果,并对其中的差异原因进行了分析讨论。综上,本文开展了铅冷快堆换热器传热管泄漏事故后产生气泡轨迹追踪的模拟研究,获得了这些气泡在堆中行进的基本规律,比较了不同条件下气泡的迁移情况,计算得出气泡在堆内重要位置的积聚概率和逃逸概率,为后续研究气泡对堆中重要位置的物理、热工、化学腐蚀影响等研究提供了相关的数据资料,为泄漏/破口事故的进一步安全分析提供了理论支持。