福岛核事故后核电厂安全备受关注,而作为核电站最后一道屏障的安全壳的重要性再一次得到了人们深入的认识。在此背景下,为了在事故工况下不借助外部动力有效的将安全壳内的热量导出,使安全壳降温降压,新一代的基于环路热管的非能动安全壳冷却系统(PCCS)被引入。环路热管自然循环系统可为双层混凝土安全壳提供非能动冷却,其作为一种闭合回路环型热管,一般由蒸发器、冷凝器、以及蒸汽和液体管路构成。它的工作原理是:当蒸发器受到热负荷,工质在蒸发器中蒸发,产生的蒸汽从蒸发器流出进入蒸汽管路,继而进入冷凝器冷凝成液体并过冷,冷却后的回流液体经液体管路进入蒸发器进行补给,如此循环,仅靠上升段和下降段的密度差形成自然循环,无需外加动力。本文首先综述了基于自然循环的环路热管PCCS的研究概况,介绍了国内外研究者关于环路热管充液率和蒸发段流动与传热特性的研究结果。接下来对于环路热管的非能动安全壳冷却系统的流动和传热进行了机理分析,对回路热管的流动阻力、充液率、系统热阻、各部分换热系数、传热极限进行了分析计算。同时建立了PCCS的模型实验系统,并通过实验研究了系统稳态和瞬态的运行特性。根据实验数据获得了系统稳态运行时不同安全壳温度、不同回路充液率、不同回路真空度下回路热管的循环流量,并且分析计算了各个状态下的换热量与传热系数,分析了安全壳温度、充液率、真空度对于换热量和传热系数的影响,获得了回路热管的最佳充液率。同时针对加热功率、回路充液率两个影响因素对于系统的动态运行特性开展了实验研究,获得了系统在稳定前的温度压力、循环流量、换热量、换热系数随时间的变化规律:随着加热功率的增大,温度压力达到稳定的时间减小,循环流量、换热量、换热系数在稳定前的振荡幅度更剧烈;随着充液率的增大,初始时刻的温度压力、循环流量、换热量都会变小,稳定后会相应的增大。