堆芯组件是快堆的重要部件,其流动特性对于快堆安全与经济性运行有着决定性影响。快堆堆芯组件中存在着大量异形结构,结构复杂且种类繁多,因此针对异形结构流动特性的研究面临一定的困难。目前的研究工作一方面主要依赖于工程试验,但工程试验中关于几何参数对异形结构流动特性的影响规律研究较少;另一方面很多研究侧重于开展基于计算流体动力学的数值模拟,受制于有限的实验数据,数值结果的可靠性未得到充分的实验验证,因此有必要进一步研究快堆堆芯组件异形结构的流动特性。本文依托快堆综合水力实验台架,以冷却剂在堆芯组件内的流动过程为内在线索,采用水力实验与数值模拟相结合的方法研究了快堆堆芯组件各类异形结构的流动特性,为快堆相关结构设计、工程应用提供参考。本文开展了快堆堆芯组件全组件、管脚、均匀稠密带绕丝棒束、非均匀稠密带绕丝棒束、迷宫密封、孔板节流件等异形结构的流动特性水力实验,并结合数值模拟研究了几何参数对其压力损失、阻力系数、流速分布等流动特性的影响规律。针对快堆堆芯组件管脚,明确了不同应用需求下的管脚选型方案;制定了直通式管脚入钠孔孔径选型推荐方案与少孔直通式管脚替代方案;获得了各类管脚的阻力系数经验关系式与经验准则方程,用于预测管脚的流动特性或类似流动场景的建模;总结了控制棒组件多板节流件管脚入钠孔位置、连杆长度、节流板间距等几何参数对其流动特性的影响及非均匀布置方式下各节流板的调节效率,为结构优化提供了方向。针对均匀稠密带绕丝棒束、非均匀稠密带绕丝棒束与孔板节流件的阻力系数经验关系式进行了适用性评估。其中,CTS关系式可准确预测均匀稠密带绕丝棒束的流动特性;CTD关系式在预测非均匀稠密带绕丝棒束流动特性时具有不可替代的优越性,二者是本文推荐的最佳经验关系式;MBDD关系式对BDD关系式计算参数的修正十分必要,更加突出了绕丝对棒束流动特性的影响,但误差较大,本文提出了优化绕丝附加因子的MBDD关系式,该经验关系式具有与CTS关系式基本持平的计算精度,且计算过程更为简单,具有突出的工程应用优势;流体阻力手册及R-G公式在预测孔板节流件流动特性与流出系数时具有较高的计算精度。针对其他异形结构,经数值模拟与应力评定,出钠孔孔径30mm的开放式操作头有利于维持组件顶部压力平衡兼具排出残留气体的工程作用,性能最为优越。研究了非旋转直角梯形齿迷宫密封的流动特性,评估了几何参数对迷宫密封流动特性的影响,增大节流齿数、齿间距与齿厚均会提高其密封性能,而增大间隙宽度则不利于迷宫密封性能的提高;获得了迷宫密封漏流系数经验关系式,可用于类似非旋转密封结构漏流量的估算;揭示了迷宫密封的主要密封机理,包括节流效应、射流、涡流与横向湍流。