在磁约束聚变堆中,包层是实现能量转换和氣增殖的关键部件,为有效提高氣增殖比和能量放大倍数,课题组提出了一种采用天然铀作为中子倍增剂的高增益包层方案,该包层还可在同等核功率条件下减少氚消耗、降低对结构材料抗辐照性能的要求,具有良好的应用场景。同时,裂变材料的引入也带来了余热安全问题,为确保包层在各种运行工况和典型事故工况下的安全性能满足设计要求,有必要开展相应的热工安全分析。本文基于高增益包层结构-物理设计方案,采用系统分析程序RELAP5和计算流体力学软件FLUENT对该包层全包层尺度的热工安全特性进行了计算和分析研究,具体工作如下:首先利用RELAP5程序,针对高增益包层内部管道密集、流动传热结构复杂的特点,对单个包层的燃料区建模方法进行了详细的研究,提出了两种建模方式,随后完成了第一壁-产氚区的建模。随后,通过修改热构件模型,加入等效的材料热导率,实现了两套冷却系统间的热量传导,并完成了单个包层模块的建模及稳态验证。将所有的包层模块模型接入总回路,建立起完整的全堆模型。经过调试,模型在稳态运行时的各项热工水力参数与设计值最大偏差小于0.4%。随后选取了燃料区回路全部失流、燃料区回路失去场外电源和全场断电叠加燃料区主泵卡轴事故进行了瞬态计算。燃料区全部失流计算结果表明,主泵失效后,冷却剂流量下降,燃料区所产生的衰变热部分由蒸汽发生器带走,部分由第一壁-产氚区回路带走;在事故初期,第一壁-产氚区带走的衰变热更多。燃料区失去场外电源计算结果表明,事故发生后利用第一壁-产氚区回路可以带走燃料区的全部衰变热,在稳压器上泄压阀的两次动作后,系统压力下降,包层处于安全状态。为应对超设计基准事故事故,在反应堆系统中加入了非能动余热排出系统,全场断电叠加燃料区主泵卡轴事故计算结果表明,在包层固有的两套冷却回路的设计和非能动余热排出系统的作用下,包层具有很高的安全性,足以抵御此类事故。由于RELAP5程序无法实现热构件间的传热,所建模型无法很好地计算失水事故。为研究失水事故,利用FLUENT建立单个包层模型,假设燃料区内完全失水,计算得到了不同衰变热水平的包层内部温度分布情况。结果表明,燃料区回路完全失水时,利用第一壁-产氚区回路可以带走8.58%的最大相对衰变功率。随后,利用RELAP5计算了燃料区冷管段不同尺寸的破口事故,并研究了破口面积对事故结果的影响。