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作为六种第四代核能系统之中的唯一水冷反应堆,超临界水冷堆具有很好的发展前景。近年来,各国的科研工作者对其开展了大量的理论和实验研究。为了对中欧核能开发项目“超临界水堆燃料棒性能验证回路(SuperCritical Water Reactor Fuel Qualification Test,简称SCWR-FQT)”进行研究,本文在对系统安全分析程序ATHLET-SC的相关模型进行了实验验证后,利用该程序对超临界水综合试验回路(Supercritical WAter MUltiPurpose loop,简称SWAMUP)和超临界水堆燃料棒性能验证回路(或称超临界水辐照实验回路)进行了热工安全分析。本文首先根据超临界水棒束加热泄压实验和临界流实验的实验数据分别对ATHLET-SC程序进行了跨临界泄压和超临界水临界流模块的验证。计算结果表明ATHLET-SC程序不仅能很好地模拟出跨临界瞬态泄压传热过程,还具备计算超临界水临界流现象的能力。其次,本文利用ATHLET-SC程序对超临界水工况条件下的堆外燃料组件验证实验回路即“超临界水综合试验回路”进行了预计算,模拟了超临界泄压事故工况下的瞬态过程。对实验稳态和瞬态工况,特别是跨临界过程的热工水力参数,包括系统压力、冷却剂流量、燃料棒包壳温度等进行分析。此外,还讨论了包括泄压速度、燃料棒加热功率以及临界热流密度等在内的一些重要参数对结果的影响。再其次,本文将ATHLET-SC程序用于超临界水堆燃料棒性能验证回路的稳态分析和最新安全信号设定下的瞬态事故模拟。基于选定的基准事故,与APROS程序和TACOS程序的计算结果进行了对比分析,进一步增强了ATHLET-SC程序对SCWR-FQT回路模拟的准确性和可靠性。此外,本文对包括失水事故、主泵停转事故、冷却剂流道堵塞事故和冷却剂旁流在内的多种设计基准事故进行了分析,列出了事故序列,验证了该回路安全系统的可靠性,也为该回路安全许可证的申请提供了安全分析的结果。最后,本文通过结合超临界水堆燃料棒性能验证回路堆芯的中子物理参数,对该实验回路进行了物理-热工耦合计算,分析了失水事故工况下各主要参数的变化,讨论了影响物理耦合的停堆棒反应性、冷却剂温度反应性系数等的影响。本文的研究结果表明:ATHLET-SC程序能很好的用于超临界水冷堆回路的设计和分析。本文的研究成果对SCWR-FQT回路的许可申请以及实验的顺利开展具有重要的指导意义和学术价值。