包层是国际热核实验反应堆(ITER)中的关键部件，它承担着聚变反应所需原料氚的增殖及能量转换双重任务。锂铅流体在包层内流动时经历了U型管等复杂几何流道，在外加磁场的作用下会出现不同的三维MHD效应，而且当流体流速较低时，由温差引起的浮升力对流动影响不可忽略。本文采用顺序耦合法，结合有限体积法和有限元方法研究了混合对流和强迫对流下U型流道中磁流体的流动特性、传热性能和流道插件的力学性能，分析了外加磁场强度、金属流体进口速度以及流道插件导电性能对流道内速度场、温度场及流道插件应力、应变场的影响规律。本文主要开展了以下四方面研究工作:　　第一部分:研究了单通道内金属流体速度场、温度场和流道插件热变形、热应力，分析了浮力效应对流场特性和流道插件结构力学性能的作用。计算结果表明，与强迫对流相比，混合对流速度沿径向分布不均匀，但温度沿径向变化微弱;混合对流时，FCI的位移减小，靠近热端应力大幅度降低。总之，浮升力打破了径向速度的均匀性，减小了径向温度波动，同时使得插件结构的变形减小，热应力大幅降低。　　第二部分:研究了U型流道中的流动特性、传热性能和流道插件的力学性能，分析了外加磁场强度、金属流体进口速度以及流道插件导电性能对流道内速度场、温度场及流道插件应力、应变场的影响规律。从计算结果可见，当外加磁场增强，出口段流场的温度也相应升高;较高的进口速度可以提高出口段流体的温度;提高流道插件导电性能，速度场将呈现“M”型分布，但出口段温度场变化极小。流道插件危险区域位于过渡段侧壁附近，且该处应力随磁场增强而增大，随进口速度升高而降低，随流道插件电导率增大略有提升，但都小于插件材料的许用应力。　　第三部分:研究了U型通道内金属流体的混合对流效应，分析了流道插件的应力应变分布。研究表明，浮升力的作用使入口段速度沿着径向降低，出口段转角附近流场回流区域增大;当磁场增强、提高入口速度或者增大FCI电导率会削弱浮升力对速度场的影响。　　第四部分:对带金属流体的流道插件进行了模态分析，并研究了时变温度场作用下U型流道插件的动力学响应以及分析了波动频率对结构的影响。研究表明，当流道插件内部含有金属流体时系统固有频率大幅度降低;同时发现，周期波动的温度场将导致U型流道插件结构产生非周期的振动。增加温度波动幅值，流道插件位移场和应力场的变化频率幅值相应增大。　　本文的工作为ITER包层的设计提供了有价值的参考。