气冷堆结合闭式布雷顿循环在深空、深海等领域探索中皆具有广泛的应用前景。氦氙混合气体具有较强的换热能力和可压缩等优点,常被用作气冷堆的冷却剂。氦氙混合气体比例的改变对流动换热特性的影响较大,从而影响堆芯热效率和堆芯安全。然而目前关于氦氙混合气体压缩性能的研究较多,对流动换热特性的研究大多基于理论推导,且关于氦氙混合比例的改变对堆芯流动换热特性的影响研究尚不深入,氦氙混合比例对堆内通道的影响规律和机理尚不清楚。因此,本文以不同比例的氦氙混合气体为冷却剂,探究其比例对堆芯流动换热特性的影响,明确不同雷诺数下氦氙混合气体的流动换热最佳比例。首先,本文基于能量守恒、动量守恒和质量守恒方程,采用STAR-CCM+软件对堆芯单冷却剂通道进行数值建模,并对模型进行验证和对比,最后选取可实现K-Epsilon湍流模型进行模拟。以普罗米修斯计划中的气冷堆环形冷却剂通道为参考,基于该几何模型与参数,研究单冷却剂通道和1/6堆芯冷却剂通道内不同比例的氦氙混合气体的流动换热特性。针对环形单冷却剂通道,结合实际分析确定了入口速度变化范围为10-30m/s、入口温度变化范围为911-1288K,并研究了该范围内参数变化对氦氙混合气体流动换热特性的影响机理和影响规律。结果表明,速度、温度等参数的变化会引起氦氙混合气体密度、动力粘度等物性的改变,从而影响其流动换热特性和最佳比例;在入口速度和温度的限值内,即雷诺数在50,000以下时,氦氙混合气体的对流换热系数特性随雷诺数的增大而增强,氦氙混合气的最佳摩尔质量随雷诺数增大而减小,最佳摩尔质量变化范围为15.0-20.2 g/mol。接着指出了体积释热率和热流量两种加热边界下,氦氙混合气体流动换热特性随雷诺数的变化趋势基本一致,但最佳摩尔质量随雷诺数变化范围不同,热流量为边界时,变化范围为15.0-25.1 g/mol,以体积释热率为边界时,范围为15.0-20.2 g/mol。此外,明确了环形、圆形、棒束等不同堆内通道结构形式条件下,氦氙混合气体最佳摩尔质量一致,均在15.0 g/mol附近。最后,对环形通道的1/6堆芯进行建模,选取燃料棒前后两端范围内的参数进行分析,明确了氦氙混合比例对堆芯流动换热影响机理和规律,并分析对比了与单管内规律的异同点,指出了由于堆芯存在流量分配、腔漩涡混合等的影响,氦氙混合气体的流动换热过程更为复杂,且混合气体比例的变化对堆芯流动换热特性的影响比单管更大,最佳摩尔质量也与单管内不同,雷诺数在50,000以下时,堆芯的最佳摩尔质量变化范围为15.0-31.5 g/mol,涵盖了单管内的范围。相关研究结果将为空间堆闭式布雷顿循环中气冷反应堆的优化设计提供机理支撑,并为冷却剂的参数选择提供了有益参考。