燃料元件设计程序是一个 复杂的计算过程，旨在确保燃料元件在反应堆运行中的安全性和性能。该程序通常包括以下几个关键步骤：
空间和时间分区 ：首先，燃料元件在空间上被分区，在时间上被分成时间间隔。这一步是为了便于进行数值计算，考虑燃料元件在不同位置和不同时间点的行为。数值计算：
程序进行数值计算，包括热膨胀、燃料芯块肿胀、芯块和包壳间的接触应力、芯块与包壳的相互作用、包壳蠕变、裂变气体的释放和内压的增加、随燃耗增加引起的包壳累积应变等。这些计算直到达到准则规定的包壳总应变限制数值。
计算步骤与公式
功率分布计算：
根据堆内中子通量分布，计算轴向核热通道因子。
各圆环段温度计算：包括包壳外壁、包壳内壁、间隙温降（燃料外壁）、燃料中心。
芯块直径计算：考虑热膨胀和肿胀引起的芯块直径变化。
包壳直径的变化：考虑热应变、弹性应变和塑性蠕变引发的包壳直径变化。
接触压力计算：如果芯块与包壳接触，用迭代法计算接触压力，使芯块的肿胀率与包壳蠕变率一致，并计算裂变气体释放量。
微观模型程序：
由于快通量辐照设备有限、辐照试验所需时间很长、测量困难等原因，燃料元件行为的计算机模拟利用已掌握的辐照理论和现象，做成计算机模型，与燃料元件的热工—力学分析相结合，研究燃料元件和组件在辐照期间所经历的物理、化学、力学过程及其相互关系，预言元件性能随反应堆运行历史的变化，并判断其剩余寿命。程序一般采用FORTRAN语言，将各种模型制成子程序，通过程序之间的调用进行联系。
性能分析：
开发燃料元件性能分析程序（如FROBA），对燃料元件的热工-机械-材料特性进行模拟分析，计算不同燃耗深度下燃料元件的温度、应变特性，并与实验结果进行对比，验证程序的准确性。
设计准则：
燃料元件设计应遵循一定准则，如在堆运行条件下，燃料元件包壳必须是自立的，在整个设计寿期内，包壳不应发生蠕变坍塌。
这些步骤和程序共同确保了燃料元件在设计、制造和运行中的安全性和可靠性。