快堆主容器是核安全一级设备,选用的材料是316不锈钢,根据核安全审查要求,必须要分析该设备的强度、刚度等是否满足设计要求。在对主容器顶部结构进行强度分析时,必须知道其上温度载荷。快堆主容器顶部结构包括大尺寸的氩气腔,大中小旋塞、部分生物屏蔽柱、主泵、热交换器等重要部件,还有旋塞与氩气腔之间的小尺寸气隙。为了获得详细的温度分布,开展主容器顶部覆盖气体的热工水力行为相关研究对工程应用有着重要的意义。由于主容器顶部的氩气空间结构庞大难以进行实验研究,需要数值模拟。相差两个数量级的大空间和微缝空间同时存在,简化的模拟计算不能得到详细的温度分布,应力分析会产生较大误差。氩气空间中存在对换热和辐射换热情况,还未提出适合主容器顶部复杂气体空间的辐射换热模型。另外,人们对气隙内部的热工水力特性并不了解,气隙厚度对主容器顶部金属层温度的影响程度也没有明确研究。故此,本文将对快堆主容器顶部复杂空间中的覆盖气体热工水力行为进行较为详细的模拟研究,为以上问题提供参考。首先,本文用CEFR简化模型选择适合快堆计算的辐射换热模型;第二,为了解决大小空间同时存在的问题,本文采用分开画网格的方法进行详细建模。第三,为了进一步分析对流和辐射换热对金属层温度分布的影响,提高辐射换热作用最强的生物屏蔽柱上表面温度进行对比计算。最后,为了研究气隙厚度对金属层温度的影响,计算Omm气隙以及90mm气隙的情况,与30mm气隙工况进行对比分析。结果显示,DO辐射换热模型更用于快堆顶部气腔的计算。分析氩气空间整体热工水力特性,计算对称性较好,流动符合气体的自然循环,氩气与不锈钢之间对流换热温差在40-60℃左右。由于生物屏蔽柱对金属层的辐射效果较强,金属层外最高温度出现在提升机凸台的位置。提高生物屏蔽柱的温度至540℃后,发现与氩气的对流换热效果提升不明显,但由于辐射换热的作用,金属层温度反而升高了。在这样保守的情况下,金属层外侧最高温度387℃C仍低于316不锈钢的蠕变温度。气隙对旋塞与氩气腔之间起到很好的隔热作用,通过对比无气隙、30mm气隙和90mm气隙三种情况,得出30mm气隙的保温效果最好,为工程设计提供了一定的参考。