核电站紧急救灾机器人的开发是提高核电站安全运行能力,完善核事故应急处理预案体系的一个重要环节。核事故发生后高放高湿热的恶劣环境对人身安全造成严重威胁,目前只能采用机器人完成探测、清障等相关的任务需求。机器人用的电子器件除了耐辐射性能低外,对温度也有着很高的敏感性,为解决核救灾机器人电子器件热失效的问题,本文针对核事故后的两种不同工况,分别设计了高温高辐射下的隔热与相变结合,以及常温低辐射下水冷的热防护系统,考察了相关运行参数对热防护效果的影响,并通过对冷板的模拟进一步优化了水冷系统的设计。同时,对热防护系统进行了适用性和经济性评估。主要得到以下相关成果:(1)明确了核救灾机器人作业工况;分析电子器件高温失效机理及最高安全工作温度;基于执行任务的不同提出两种不同工况下的机器人热设计需求,初步计算热防护结构中需要的材料及器件参数。(2)针对安全壳内高放高湿热的作业环境,机器人采用外部隔热与内部相变吸热的方式对机器人进行热防护。实验表明,吸热的总量与相变材料的潜热有关,热控时间近似与相变材料的量成正比。对于安全壳外低辐射常温的作业环境,采用液体循环冷却的方式进行散热。实验表明,冷却液流速与器件平衡最高温度成反比,且随着流速的增大,平衡最高温度下降幅度逐渐减缓;管路串联方式的温升明显高于并联。(3)对液冷循环系统中的冷板内冷却液流动过程进行模拟研究,耗散功率、流速等与散热效果的关系与实验结果相符。不同流道内结构对散热影响明显,加入扰流柱之后接触表面的平衡最高温度略有下降,压力损失增大,换热效率有所提升,叉排的排列方式的冷板内冷却液压力损失小于正排排列方式。(4)对机器人的热防护设计的适用性及经济性进行评估。剂量的增大对于屏蔽材料的厚度增加显著,质量和造价均有明显提升,热防护系统的造价相对较低,经过防护后安全工作时长大大增加。