自然循環條件

這些條件是：

（1）存在温差（有熱源與熱阱）；

（2）熱源處在比熱阱要低的位置；

（3）熱源與熱阱之間的流體是連續的。

首先要存在温差，才可能會有兩部分流體，其中一部分的温度是高的，另一部分的温度是低的。温差是必要的，因為有了温差才能引起密度差，而密度差是驅動力。

温差要能夠持續維持，否則自然循環將會停止。因此熱源需要不斷地向流體添加熱量，而熱阱需要不斷地從流體排出熱量。否則，冷熱流體的温度會很快趨於一致，循環也就停止了。

其次，熱源要位於較低的位置，而熱阱位於較高的位置，這樣才能讓熱流體可以浮升，而冷流體可以沉降。

當然，熱區和冷區之間還必須被流體填滿，這樣流體才能夠流動起來。

游泳池式反應堆就是一個很好地利用自然循環冷卻燃料棒的堆型。核電廠的乏燃料池也是利用自然循環冷卻乏燃料的衰變餘熱的，此時熱源是燃料棒，熱阱是周圍的水池。

燃料棒底部的水吸收了來自燃料棒釋放的熱量後，温度升高，密度降低。重力驅動下把周圍的冷水推進燃料棒區域，而把熱流體擠出去，形成自然循環。而熱流體在流到燃料棒頂部後，和周圍的冷水混合，降低了温度。這樣水池的温度就會不斷上升，為了能夠把自然循環維持下去，必須用其他的換熱器對水池裏的水進行降温（熱阱）。

一般來説，冷源和熱源之間的温差越大，熱驅動頭就會越大，因此自然循環的流量也會越大。但是需要注意的是，要避免熱流體沸騰，因為沸騰會引起相變使得循環有可能被中斷。兩相流的自然循環也是可能發生的，但是由於氣液之間存在分離的可能性，因此比較難以維持。

在核電廠中，有些參數可以用來作為是否存在自然循環的判別依據。例如對於壓水堆核電廠，以下參數可用於判斷自然循環是否存在：

（1）冷卻劑系統冷熱腿的温差，應該是滿功率温差的25%~80%，温差應該基本穩定或略有下降。這意味着堆芯的衰變熱正在被不斷地移出，堆芯的温度得到維持或降低。

（2）冷熱腿的温差需要被維持或者略有下降。

（3）蒸汽發生器二次側的壓力應該跟隨一回路的温度，這意味着蒸汽發生器可以從一回路移出熱量。

為了確保一回路有足夠的自然循環，需要把穩壓器的水位維持在50%以上，並保持一回路有足夠的欠熱度（例如某核電廠要求欠熱度大於8℃），蒸發器的水位保持在比正常水位高的狀態，這樣能夠有足夠的熱阱，確保一回路的熱量能夠被移出，避免一回路發生沸騰。因為一旦發生沸騰，很容易讓自然循環發生中斷（美國三哩島事故的教訓）。