熔盐堆是国际上重点发展的第四代核能系统之一,包含固态燃料熔盐堆和液态燃料熔盐堆两种类型。其中固态燃料氯盐冷却堆使用的氯盐冷却剂具有高热膨胀系数、低粘度系数、中子经济性高等特性。结合上述特性和现有氯盐快堆的基础提出了小型自然循环氯盐冷却快堆（Small Natural Circulation Chloride Cooled Fast Reactor,SN3CFR）的设计,该堆型集熔盐堆、自然循环反应堆和小型反应堆的特点,具有结构简单、固有安全性高和经济性好等优势,是一种非常具有发展潜力的先进第四代核能系统。但目前国际上适用于自然循环熔盐冷却堆的多尺度热工流体分析程序尚不成熟。为精确和高效地开展第四代新型核反应堆——SN3CFR一回路自然循环热工安全特性的研究,本文首先以上海应用物理研究所开发的熔盐堆系统分析程序RELAP5-TMSR和氯盐冷却快堆子通道分析程序Thor SUBTH为基础,使用外部显式耦合的方法开发了熔盐冷却快堆多尺度热工流体耦合程序。然后,利用水工质和熔盐工质水平圆管算例、简单闭合回路算例对多尺度耦合程序进行Codeto-Code验证,并且为选取耦合程序合适的网格和时间尺度,开展了耦合程序的网格大小无关性和时间步长的独立性验证。最后,为开展耦合程序的应用和进一步评估其适用性,针对SN3CFR自然循环一回路主冷却系统,建立了多尺度模型、计算了反应堆稳态运行参数,并且模拟了正常工况下升降功率调节序列、UTOP和ULOHS超基准事故。稳态计算结果表明:多尺度热工流体耦合程序额定功率工况下计算值与参考结果符合良好,具有很好的适用性。瞬态计算结果表明:SN3CFR在升降功率瞬态工况下具有很好的自动调节流量的能力,能够满足功率调节的需要;在两个超基准事故工况下最热通道出口温度、燃料包壳和中心线温度等各关键热工参数均低于设计限值,并且安全裕量较大,在事故后期能够重新建立稳定的自然循环,有效带走堆芯产热,因此具有优秀的安全性和可靠性。本文开发的多尺度热工流体耦合程序能够为自然循环氯盐冷却堆的系统设计、优化和安全分析提供更为精确有效的计算和分析工具,具有重要的工程意义。对45MWth小型自然循环氯盐冷却快堆进行稳态、功率调节瞬态和事故瞬态分析,为该类型反应堆的瞬态分析和安全评估积累了经验,可为未来小型自然循环熔盐堆发展提供参考和技术支持。