非能动系统由于被认为能够有效地简化核电厂设计并提高安全性,而被广泛应用于新型反应堆的设计中。自然循环系统是一种重要的非能动系统,多用于反应堆余热排出。自然循环系统的可靠性研究能够帮助识别系统中关键影响参数、量化关键参数和部件对系统性能的影响,以及指导自然循环系统的设计和分析。量化的可靠性分析能够帮助完善核电厂的概率风险评价,提供一个整体的风险评估视角。但自然循环系统的可靠性分析方法仍处于发展阶段,自然循环本身的特点使得其可靠性研究中许多关键问题还有待于发现和研究。作者在调研自然循环系统可靠性研究发展历史与现状的基础上,分析了目前自然循环系统可靠性分析方法中存在的认知不确定性问题;针对新型自然循环系统的设计与分析提出了改进的自然循环系统可靠性分析方法,并基于该方法开发了适用于熔盐流体不确定性传递计算的程序包;将改进的方法和编制的程序应用于硝酸盐自然循环回路功能可靠性分析,并通过实验验证了敏感性分析的结果。首先,作者讨论了自然循环系统可靠性分析的特殊性,包括其驱动力的产生方式决定了其可靠性分析需要格外关注因各种不确定性因素引起的功能失效。不确定性自身的特点决定了最佳估算程序和不确定性分析,结合功能可靠性概念成为自然循环系统可靠性分析的有效方法。本文通过对目前国际上主流的自然循环系统可靠性分析方法的分析和对比,总结了这些方法在不确定性输入参数选取和模型选择方面的认知不确定性问题。其次,作者针对新型的自然循环系统设计与分析提出了改进的自然循环系统可靠性分析方法,通过不确定性输入参数分析的全面化、模型选择的程序化和敏感性分析的体系化三个方面的结合,在输入参数筛选的不确定性、模型选择不确定性以及敏感性分析方面对传统方法做出了改进。改进后的分析方法减少了新型自然循环系统可靠性分析过程中的认知不确定性引入,适用于熔盐自然循环系统的功能可靠性分析。然后,作者基于熔盐自然循环系统的特点和需求,以硝酸盐自然循环回路为应用对象,对RELAP5-MS原不确定性分析包进行了功能扩展,开发了熔盐自然循环系统不确定性分析程序包NCUAPackage,实现了熔盐自然循环回路相关输入参数不确定性传递计算的程序化,为熔盐自然循环系统的功能可靠性分析提供了分析工具。在此基础上,作者采用NCUAPackage,完成了硝酸盐自然循环回路不确定性参数在RELAP5-MS中的不确定性传递计算,并完成了回路功能可靠性分析和输入参数敏感性分析。功能可靠性分析表明在指定的初始条件和99%置信水平下,回路系统超过最高工作温度而失效的概率为0.0627,系统低于最低工作温度而失效的概率为0.0753,总的失效概率为0.138。敏感性分析表明熔盐-空气换热器(NDHX)空气侧表面对流换热系数是对系统失效影响最为显著的参数。最后,作者设计并开展了熔盐-空气换热器(NDHX)空气侧表面对流换热系数对系统熔盐最低温度的影响和外界空气温度对系统熔盐最低温度的影响两个实验。实验表明熔盐-空气换热器(NDHX)空气侧表面对流换热系数和外界空气温度均为对系统熔盐最低温度有影响的参数,且熔盐-空气换热器(NDHX)空气侧表面对流换热系数对系统熔盐最低温度的影响程度显著高于外界空气温度的影响。作者将实验结果与敏感性分析结果进行了对比,证明了实验结果与敏感性分析结果的一致性。