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作为中国聚变工程实验堆(CFETR)候选包层概念之一的水冷固态陶瓷增殖剂包层(WCCB)正在开展设计工作。WCCB采用新型的混合增殖球床(Li2TiO3&Be12Ti)作为产氚载体,同时也布置少量Be球床倍增中子。包层球床的传热性能和力学性能直接影响包层热工水力与结构设计的可靠性和安全裕度,因此本论文旨在针对WCCB包层球床构建球床热机械分析模型,为WCCB包层设计与研发提供基础数据支持。首先,本论文基于离散元方法(DEM),开发了典型随机球床填充程序,研究了一元球床和WCCB混合增殖球床的填充结构,获得了满足WCCB设计要求的混合球床填充方案。其次,由于目前缺少混合材料球床有效热导率理论模型,论文基于一元球床的SZB模型,经过理论推导,提出了两元混合球床有效热导率唯象理论模型(M-SZB),并经过了初步验证。基于M-SZB模型获得的WCCB混合增殖球床有效热导率约为2.0 W/(m·K)到4.0 W/(m ·K),导热能力较一元锂陶瓷球床提高约2～4倍。此外,本论文提出基于DEM-CFD耦合方法分析球床传热,建立了对一元/两元球床普遍适用的有效热导率计算模型。该模型计算结果与一元球床(Li2TiO3球床、Li4SiO4球床和Be球床)有效热导率文献实验数据吻合较好,也与一元球床的SZB理论模型计算结果一致。此外,本论文应用该方法分析了WCCB两元混合增殖球床传热,结果表明其有效热导率也为2.0 W/(m·K)到4.0 W/(m · K),与M-SZB理论模型计算结果基本一致。最后,本论文基于DEM方法,开发了球床热场和力场双向全耦合分析模型。基于该方法初步分析了不同载荷模式(加载、卸载、循环载荷)下的球床热机械响应。