核能以其相对清洁性,高能源密度性和经济性被评为最具希望的未来能源之一,其安全问题一直是能源领域的研究重点。发展至今,核能安全已经得到了一定的保障。然而,2011年福岛核电站发生了重大事故,已往被认为非常安全的乏燃料水池厂房受地震海啸影响失去能源供应后,乏燃料组件得不到有效冷却,发生爆炸与核泄漏。全世界的核能研究组织和相关研究人员受到警醒,核能利用的每一个环节都不容小觑。现有的核电利用比重逐年增加,核电站分布广泛,为防止发生类似的福岛核事故,开发一个长期稳定有效的乏燃料水池非能动冷却系统迫在眉睫。本文针对学术界广受认可的分离式热管乏燃料水池长期非能动冷却系统展开研究。首先,利用CFD软件建立了大空间内有内热源的自然对流数值模型模拟计算池内的自然对流与换热情况,并研究了不同热管布置方式对池内流动和热管换热的影响。在此研究基础上,本文提出了一种圆形结构的非能动冷却乏燃料水池,并与传统的方形乏燃料水池进行了综合对比分析。并结合实际情况,对圆形乏燃料水池内的挡板和热管的布置进行了优化。研究结果表明,模拟结果中的关键参数与前人相关实验研究和数值模拟结果符合,本文模拟正确,其计算结果可靠。叉排的热管布置方案在本文研究的大空间内有内热源的自然对流数值模型中具有较好的换热效果,能有效提高乏燃料水池的非能动冷却能力。同样条件下,乏燃料水池非能动冷却时,圆形结构水池比方形水池具有更好的冷却能力且水池壁面抗冲击能力较好。乏燃料水池采用圆形结构时,乏燃料组件需采用新的布置方式。针对本文研究的乏燃料水池整体参数,挡板在与池顶相距0.8m,板长5m时,池内热管冷却效率最高。圆形乏燃料水池内采用由内到外每圈热管递增的不均匀布置时,池内热管冷却效率比采用每圈热管均匀布置好。