核热聚变堆是解决人类能源问题的一个重要研究方向，对热核聚变的可行性研究在近年一直是能源科学领域研究的热点。一方面，国际热核聚变实验堆计划正在加紧进入工程阶段，为了验证长时间可控的热核聚变技术的可行性，各国科研人员正积极地进行研究。与此同时，多个国家也正在为本国的聚变演示堆进行独立的概念设计，以便为未来本国的热核聚变研究进行技术和人才储备。无论是在ITER实验堆还是DEMO商业堆中，氚增殖包层都是一个必不可少的重要部件，因为热核聚变要能长时间运行，必须要完成氚这种自然界稀缺燃料的自产自销。因此，对氚增殖包层的研究设计，成了热核聚变研究中非常重要的一环，而一个能够完成氚增殖包层整个工作过程模拟仿真的计算平台也就有了研究的意义。　　本文应用蒙特卡洛程序和热工水力模拟程序开发了一个氦冷固态包层多场耦合计算平台，用以模拟分析包层复杂流道的中子学性能和传热特性，通过计算分析为包层的合理设计和安全分析提出科学依据。包层计算平台的主要优点是能够根据用户输入的模型数据自动完成中子学计算的分区工作，并完成中子学计算、有限元计算和计算流体力学计算之间的数据传递。通过两个验证计算方案对包层计算平台进行校正，对其中方案1使用的模型来源于中国TBM氦冷固态包层2007版本的第一壁，软件平台计算结果与计算方案1模型设计报告的计算结果偏差在5％以内。方案2的计算模型来自于本课题为了验证计算平台可靠性搭建的实验台架中的实验模型，用包层耦合计算平台对实验模型进行计算，其计算结果与实验结果的最大偏差为9.5%，平均偏差小于5%，这说明软件计算平台的热工计算结果基本可信，该计算平台能够用于包层模型的热工性能分析和结构优化中。　　在包层多场耦合计算平台中开展了第一壁与子模块的计算模型建立工作，并在模型中进行了中子学计算和热工水力计算，得到了包层第一壁三维模型的中子学数据和热工数据。计算结果显示，第一壁的最高温度区域依然集中在面对等离子体的壁面上，第一壁冷却剂的出口温度为380℃。对计算结果进行分析后得出结论，包层结构尚有进行优化的空间。　　运用多场耦合计算平台进行了包层整体热工分析并对其进行结构优化。经过详细的整体固态包层第一壁模拟分析，优化调整了包层第一壁的整体结构参数。通过对铍防护层厚度、冷却通道中心距等包层第一壁参数进行全面优化，达到了减少包层第一壁热负荷和热应力的目的。　　根据现有传热强化技术，提出了两个结构改进方案，对包层第一壁流道进行局部优化。改进方案1采取的思路是减小流道局部的流通截面积，增大相应流道处氦气的局部流动速度，改进方案2对局部结构进行流动传热模拟分析,并研究采用螺旋槽纹管结构进行改进，模拟研究了螺旋槽纹管的结构参数对拐角处换热性能的影响，对第一壁拐角处的结构提出了优化方案。对比两种改进方案，缩窄流道方案的热负荷明显比螺旋槽管方案的要低，但是压力损失却要高很多。但缩窄流道方案采用了异形管，对结构强度会产生一定影响，也给制造带来不便。因此，从压力损失、结构强度等方面综合考虑，螺旋槽管方案更让人满意。