随着世界经济的发展，能源的消耗量也越来越大，人类对能源的依赖也越来越高，但是地球上目前人类正在大量使用的传统化石能源是有限的，由此产生了能源危机。为了解决能源短缺的问题，越来越多的国家把目光投向了具有高效、清洁及储量丰富等优点的核聚变能。国际热核聚变反应实验堆（ITER）是一个研究受控磁约束核聚变的大型国际合作项目，它由包括中国在内的七个国家共同参与，其目标是建造一个可持续燃烧的托卡马克聚变实验堆，以验证未来的聚变示范堆和商用聚变堆的工程可行性。　　 ITER中的托卡马克采用的是超导磁体，其需要一个大型的低温系统对其进行冷却。本论文以ITER低温系统为主要研究对象，通过理论计算分析，对其进行了优化设计，从而提高了低温分配系统的冷量分配效率和制冷机系统的运行稳定性。　　 ITER低温分配系统负责把制冷机系统提供的冷量合理的分配给各个低温用户。然而，在冷量的分配过程中，会不可避免的产生压缩机和循环泵的功耗损失，并因此消耗了部分冷量。在保证低温用户获得正常的冷量情况下，通过理论计算分析，寻求减少压缩机和循环泵功耗的新的低温分配方案，从而提高冷量的分配效率。　　 ITER低温系统的一个主要任务是，移除磁体系统内因等离子体破裂而产生的大量脉冲热负荷。因此需要消减返回到制冷机系统的热负荷峰值，以保证制冷机系统的稳定运行。从低温分配系统的角度出发，提出了不同的解决方案，并以支撑部分的辅助冷箱(ACB-ST)为例进行了相关的模拟计算，以比较不同方案的优缺点，从而得到最适合ITER低温系统的消峰方案。　　 环向场磁体的支撑部分（线圈盒）和超导线圈之间是有传热的，若利用支撑热容来消减返回到制冷机系统的热负荷峰值，则会增加支撑部分和超导线圈之间的换热，进而影响线圈的温度。为了分析这种消峰方案中超导线圈温度的变化，针对环向场磁体系统建立了一个准三维模型，通过模型的计算可得到超导线圈在稳态时的温度分布，以及在脉冲热负荷阶段的温度变化情况。　　 建立了一个大型氦制冷机系统的模拟仿真平台，对整个制冷机系统的降温过程进行了非稳态模拟计算，并利用现有的氦制冷机实验台进行了相关的降温实验，通过计算结果与实验数据的比较，验证了该制冷机系统模拟仿真平台的准确性，为以后对ITER制冷机系统进行模拟计算提供了依据。