高温气冷堆（High Temperature Gas Cooled Reactor,HTGR）的本征安全特性受到国际核能界的公认,是中国未来五十年重点发展的第四代核反应堆堆型。其中,包覆核燃料颗粒分选是高温气冷堆核燃料制造工艺中一个重要环节,目前的分选设备在精度和效率上已经无法满足高温气冷堆的发展需求。随着计算机技术的发展,离散单元法（Discrete Element Method,DEM）已经成为预测和分析颗粒体系动态运动特性的有效手段。本研究以包覆燃料颗粒球形度分选设备为研究对象,采用DEM数值模拟研究分选的机理,并提出优化的分选工艺参数和新型设备设计方案。本文的主要研究内容有:（1）建立了基于超椭球方程的真实包覆核燃料颗粒几何模型,并通过DEM数值模拟研究了核燃料颗粒在倾斜振动分离设备内的分离机制和分离特性。使用超椭球颗粒模型按照真实包覆燃料颗粒的球形度和粒径分布进行建模,提出了评估球形度分选结果的量化分析方法,研究不同球形度颗粒在倾斜振动板上的运动特性。探究了倾斜振动板振幅和频率之间的关联,提出了振幅频率综合因子联系二者的关系。在此基础之上分别探究了不同的操作参数、进料参数、物性参数对颗粒分离结果的影响,并得到了优化的倾斜振动板设计参数。模拟结果表明,按照最优的设计参数进行颗粒分选,可大幅提升现有分选设备的进料量,并且分选精度达到99%以上;（2）设计了针对包覆燃料颗粒的稳定、高效、大流量新型进料系统,并通过DEM数值模拟验证了其有效性。进料系统包含了控制进料量的进料漏斗以及控制颗粒分布的多层多通道进料器。进料漏斗实验验证了漏斗模型以及DEM算法的准确性,并采用数值研究得到不同填充高度、颗粒直径、漏斗半角、出口直径对质量流量的影响规律。研究进料器在进料过程中颗粒的分布及运动特性,验证了该进料器满足振动分选设备的进料需求;（3）开发了针对包覆核燃料颗粒的新型传送带式分选设备,可避免传统倾斜振动板分离设备中颗粒运动剧烈造成的效率降低的问题,并通过DEM数值模拟获得了最佳设备设计和工艺操作参数。基于DEM设计传送带式分选设备,对每项工艺参数进行单独控制变量研究其对于分选的影响。采用正交试验研究了倾斜角、传送带带速、滑动摩擦系数、恢复系数、滚动摩擦系数对包覆核燃料颗粒分选的影响规律,并得到了最佳的设备设计和操作参数。根据模拟结果设计并生产了传送带式分选设备,并进行了试验测试,结果表明模拟与试验符合较好。本研究为颗粒球形度分选提出了一种有效的研究方法,并给出了高温气冷堆核燃料颗粒分选系统优化方案,可为核燃料颗粒分选设备制造提供理论指导。