陈思远，秦 浩，王成龙，张亚培，张大林，秋穗正，田文喜，苏光辉

(西安交通大学 核科学与技术学院，陕西 西安 710049)

大功率、长寿命的空间核反应堆电源对于未来航天事业的发展至关重要，大功率空间核反应堆电源与电推进的结合也将逐渐成为未来航天探测的重要方向之一[1]。目前，国外针对气冷空间堆的研究已取得实质进展，美国于2003年提出气冷空间堆研发计划——普罗米修斯计划[2]，俄罗斯于2009年提出了MW级空间核动力系统计划[3]，在气冷空间堆的研究中处于领先地位。而国内关于气冷空间堆的研究尚处于起步阶段，因此气冷空间堆的相关关键问题亟待解决。在空间反应堆系统当中，与地面布雷顿循环不同[4]，对结构尺寸、质量要求极其严格，通常会选择采用He-Xe混合气体冷却的直接布雷顿循环[5]。这是因为相比氦气，He-Xe混合气体在压气机体积质量方面具有明显优势，但He-Xe混合气体的普朗特数在众多气体工质中非常低，其流动换热特性与传统气体工质相比差别较大。开放栅格式气冷空间堆堆芯设计中，燃料棒和控制棒由上下栅格板及缠绕在其包壳上的绕丝定位，堆芯和反射层均采用He-Xe混合气体冷却。绕丝结构可防止燃料棒在高流速冷却剂冲击作用下的接触，且会使工质的流速及流道内摩擦压降增大，对工质的流动换热特性产生较大影响。因此，探究He-Xe混合气体在流道内的对流换热特性对空间堆的设计与优化具有基础性与全局性的意义。……