中国聚变工程试验堆(英文名称:China Fusion Engineering Test Reactor,简称CFETR)目前正在进行初步工程设计,计划在未来五到十年内动工建造。这一项目是在国内外一系列研究成果的基础上提出的我国聚变发展路线图的下一代聚变工程试验装置。CFETR的主要目标是实现受控制的氘氚聚变并获得稳定的功率输出。聚变堆中的氘氚聚变过程会消耗大量的燃料(氘氚粒子),需要通过加料来补偿聚变的燃料消耗使装置稳态运行。弹丸注入加料是将聚变燃料冷却、相变为球形固体弹丸,通过高压等方式将燃料高速连续地注入到等离子体中的一种加料方式。目前,弹丸注入是可以达到深度加料的一种加料方式,也是CFETR等托卡马克装置优先选择的加料方式。本文首先描述了弹丸注入过程的弹丸消融模型。该模型主要计算球形弹丸注入到托卡马克背景等离子体后受到背景等离子体能量轰击作用由外向内逐渐消融的过程。随后,基于弹丸消融模型,我们在CFETR特征参数分布剖面下对不同尺寸、不同速度、高/低场侧注入等不同工况下弹丸注入加料的过程进行了数值计算,得到不同工况弹丸加料的粒子数密度的空间分布并归纳总结了各工况对CFETR中弹丸加料过程的影响规律。本文还采用等离子体的流体描述方法,建立了加料条件一维燃烧等离子体输运模型。该模型考虑了氘氚原子、氘氚离子、氦离子、电子的注入、电离、扩散、聚变反应等过程;为了更方便的对一般性物理过程进行研究,该模型忽略了环向对流及温度变化的影响。随后将描述弹丸注入过程的弹丸消融模型代入该模型的注入加料项,并借助磁约束聚变等离子体大型仿真软件BOUT++对不同工况下弹丸注入后的输运过程进行了数值模拟,得到了不同工况条件下弹丸加料的效果。然后,针对前面模拟的一个典型加料工况,对不同频率的多弹丸注入进行数值模拟研究,得到不同频率多弹丸注入加料效果。基于上述模拟方法,我们基于核工业西南物理研究院初步充气弹丸实验文章中提出的在固体弹丸外层加一层包层的新型弹丸模型,使固体弹丸在更深的位置开始消融从而实现更深的加料深度。本文利用这一模型开展了针对新型弹丸的初步数值模拟研究,评估了不同性能的包壳结构新型弹丸的加料效果。