在核反应堆开式燃料组件中,相邻子通道间冷却剂存在质量、动量和能量的横向交混;对于带格架的棒束通道,由于格架存在搅混翼片等几何结构,引起的横向交混更加强烈。子通道间的这种横向交混引起各通道质量流速沿轴向不断变化,有利于展平棒束通道内的温度分布,进而提高反应堆的安全裕度,因此研究带格架棒束通道内的流动交混特性,对核反应堆的热工安全和经济性提升都具有非常重要的意义。目前针对反应堆棒束通道的热工分析主要采用子通道分析方法,但计算精度受限于子通道间交混模型的完善程度。在本文的研究中,考虑到三维数值模拟能获得详细流场信息的优势,采用三维数值模拟和子通道分析相结合的方法,通过三维数值模拟建立带格架棒束子通道间的交混模型,并耦合到子通道分析程序中,再针对带格架棒束通道开展热工水力特性分析。在本文的研究中,基于子通道分析方法,在质量、动量和能量守恒方程基础上引入两相流理论模型,完善子通道分析程序,并通过数值离散实现方程的求解。针对其中的子通道间交混模型,开展了三维数值模拟研究。考虑到格架几何结构对子通道间交混特性的影响,本研究建立了不同结构形式的定位格架几何模型,并通过数值模拟获得了带格架棒束通道中详细的三维流场数据。结合流场时均参数与湍流脉动参数的关系,推导出求解相邻子通道间交混速度的方法。同时考虑格架上、下游不同交混机理以及不同子通道间交混程度差异,基于矩阵方法沿轴向流动方向建立起各向异性交混模型并耦合到子通道分析中。通过将各向异性交混模型和文献中的各向同性交混模型以及实验数据进行相互比较发现:在不带格架棒束通道中,各向异性交混模型与各向同性交混模型都能够与实验数据很好的吻合;而在带格架棒束通道中,各向异性交混模型与实验数据吻合更好。可见本文提出的各向异性交混模型更适用于在带格架棒束通道。针对各向同性交混模型和各向异性交混模型,本文针对带格架棒束通道开展子通道分析。通过对比发现在格架下游区域两种交混模型的热工参数分布产生了明显差异。各向异性交混模型导致不同子通道间质量流速分布不同,子通道间的温度分布却更加均匀,燃料元件表面的DNBR提升。可见各向异性交混模型能充分考虑带格架棒束通道中沿轴向不同流动区域的交混机理以及不同子通道间各向异性的交混作用;同时通过考虑格架带来的强迫交混,展平了子通道间的温度分布并提高了热工分析的安全裕度。与此同时本文还开展了不同结构的定位格架热工水力性能;包括有无搅混翼片格架和不同排列形式的带搅混翼片格架。研究发现子通道间的强迫交混效应主要由格架的搅混翼片引起,搅混翼片引起了子通道间流场和温度场的不断变化,提高了棒束通道中的DNBR。通过分析具有不同翼片排列形式的定位格架,发现不同搅混翼片的排列对质量流速的影响较小。但对于温度场,典型的A型格架相比于典型的B型格架引起了更强的交混效应,使子通道间的温度分布更加均匀,且提高了DNBR。本文基于数值模拟方法建立了带格架棒束通道中的各向异性交混模型,从不同角度对带格架棒束子通道开展热工水力特性分析,验证了该模型在带格架棒束通道中的适用性和可靠性,并能提高堆芯热工水力子通道分析的精度。同时通过对不同结构定位格架开展研究,为定位格架的优化和设计提供理论指导。