熔盐堆非能动余热排出系统通过三个自然循环过程将排盐罐内的余热导入大气环境中,该系统是保证熔盐堆安全的重要措施。排盐罐换热元件的自然循环是余热排出系统的最基础也是最重要的一个循环过程,该循环将排盐罐内的衰变热带出排盐罐,保证排盐罐的安全。本文通过实验的方法对排盐罐换热元件的流动和传热过程展开研究,为熔盐堆非能动余热排出系统的设计、优化提供参考。排盐罐换热元件是由中心管、中间管和外套管组成的三层套管结构。汽包中的水由中心管上端开口向下流入换热元件,从中间管下端开口进入中心管与中间管组成的水环隙,在环隙内向上流动并从中间管顶部开口返回汽包。水在环隙中受热沸腾,中心管内外密度差驱动换热元件内的自然循环流动。本文以竖直管式电炉模拟熔盐的温度场,采用称重法测量出口汽、水流量。在搭建的排盐罐换热元件热工水力实验台上开展了自然循环启动实验、自然循环流动和传热特性实验以及结构尺寸对流动和传热的影响实验。根据启动过程的波动情况,将自然循环启动过程细分为7个阶段。启动过程中,随着水箱水温的升高,出口水的流量先增加后减少。当自然循环流动的驱动压头比较小时,环隙中容易发生气泡臃塞现象。气泡臃塞发生时,中间管内壁大面积发生饱和沸腾,环隙含气量较高,引起出口水流量减小,换热功率增加。中心管直径增大,可以增加流动的稳定性,缩短气泡臃塞发生的时间;换热元件的传热功率受中间管直径影响比较大。在设计熔盐堆非能动余热排出系统时,应该根据换热功率的需求选择气隙层间距。为了保证系统的的稳定性、安全性,系统启动前应该处于热备用状态,换热元件的水环隙间距应该足够小。