临界热流密度(CHF:Critical Heat Flux)是指因加热表面偏离泡核沸腾或产生干涸,导致换热面发生传热恶化,引起传热表面温度突升的现象,是一项重要的热工水力参数。对于一般情况下的CHF研究,通常集中在高压高流量条件下。而随着小型模块化堆(SMR)研究热度的提升,低压低流量自然循环条件下的CHF研究备受关注。本文针对铀氢锆型研究堆(TIRGA:Training,Research,Isotopes,General Atomics)实验,对小型堆自然循环条件下的CHF进行了数值分析。分别利用RELAP5/MOD3.3和TRACE热工水力程序对单棒束、三棒束以及四棒束测试段实验台架进行建模分析,工况范围参照实验工况条件,为:质量流量为0-400kg/m~2s、入口压力为100-290kPa、过冷度为10-90K的自然循环条件。在TRIGA反应堆模拟台架实验数据基础上对程序中的CHF预测值进行对比分析。主要结果为:(1)分别分析了两程序中CHF预测值随质量流量、压力、过冷度的变化趋势。(2)分析了两程序的CHF预测值与实验值的误差范围。RELAP5程序计算误差总体在±55%以内,TRACE程序计算误差约为±40%以内。误差一方面来自于程序内置模型计算条件的不适用性,另一方面来自于程序对复杂测试段流道的建模存在一定的局限性。(3)将两程序预测值与实验值进行对比评估,综合趋势吻合以及误差大小,发现对于TRIGA实验台架在自然循环条件工况下的CHF数值模拟,TRACE程序模拟结果相对较为准确。最后,选用适用条件接近低压低流量条件的已有CHF经验关系式进行计算对比,并在已有关系式基础上,结合实验数据提出一条改进关系式。分析发现,El-Genk关系式中用于段塞流和环状流的关系式,以及改进关系式相比于其他所选关系式,计算值与实验值相对误差较小,更适用于本文低压低流量自然循环工况下的CHF值预测。本文的研究可以用于评估RELAP5、TRACE程序中CHF预测模型在低压低流量条件下的准确性,并为自然循环工况条件下CHF经验关系式的适用性作出评价,对小型堆自然循环工况下的CHF预测具备参考意义。