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MHD效应对金属流体的流动特征有重大作用，采用直接数值模拟研究其影响机理是目前能源、冶金等领域的重要课题，而高效的计算方法的建立是磁流体研究的核心。国际热核聚变实验堆(ITER)的双冷锂铅(DCLL)包层涉及“磁-热-流-固”多物理耦合场问题，建立高效、高精度的计算平台，并分析各物理场间的相互作用和耦合场中的绕流稳定性是本文的主要研究内容，对复杂包层耦合场研究的主要贡献和创新性如下: 一、基于有限体积法和有限元方法建立了可求解具有强MHD效应的复杂几何流场-温度场-结构的计算平台。以有限体积法为基础，采用非结构化同位网格，结合PISO算法和相容守恒格式构建了求解复杂流道中包含Lorentz力的不可压Navier-Stokes方程的数值方法;以通量守恒和能量守恒为准则，建立了流固耦合场的界面计算模式;应用顺序耦合法，应用有限元理论完成了多物理耦合效应的计算平台。经过经典算例的验证，表明该平台具有优良的收敛速度和精度。 所发展计算平台的创新性在于: 1)可精确地完成强磁场中的MHD效应研究; 2)可高效地研究复杂结构中的磁流体流动及结构的力学响应。 二、研究了磁场、导电率、复杂结构对包层内多物理场的耦合作用 在所建立的计算平台上，系统研究了FCI几何特性、FCI结构特征、外加磁场与导电率等对于“磁-热-流-固”耦合场中速度、压力、电流线、温度的分布形式，及流道插件(FCI)结构内应力和变形的影响。 1、针对绝缘材料的流道插件，系统地分析了包层的几何特性对“磁-热-流-固”耦合场的影响，得到新颖的结论: 1) FCI厚度与gap宽度的增加都将增加主流区的MHD压降，但FCI厚度对gap中的压降影响很小; 2)采用较厚的FCI或较宽的gap，会提高间隙区内射流速度，降低铁壁内壁面温度; 3)较宽的gap会导致FCI的热应力显著增大。 2、流道插件FCI导电性从本质上影响着金属流体的速度分布、流体-结构耦合场的温度分布和结构的力学响应。随着FCI导电率增加，在侧层的间隙区内形成的射流是一个正、两个正以及一个正和一个逆射流，出口处液态金属的最高温度先增加后减小，而最高温的位置由主流区的热侧壁处转移到核心区;但是，FCI导电率对铁壁内侧的温度分布、FCI厚度方向温差和FCI结构内应力应变的影响具有非单调性。 3、分析了磁场强度对耦合场的影响，发现磁场越强，主流区及间隙区的射流越强，在侧间隙区内可能出现单射流、双射流或逆射流的速度分布;较强的磁场会导致流体出口的最高温度增加，铁壁内侧壁上的温度与FCI厚度方向的温差减小;且在强磁场作用下，流道插件侧壁的径向位移减小，应力最大值单调增加;但Hartmann壁上的环向位移发生非单调变化。 4、在短FCI的两端，间隙区侧壁处有逆流出现，在主流区则有射流;绝缘的FCI可以减少压力降，而导电的FCI可以改善金属流体的出口温度。 5、分析了压力平衡槽对耦合场的作用，发现尽管开槽降低了压降，但随之产生了应力集中现象，大大降低了插件结构的安全性。 三、率先研究了强磁场-温度场耦合作用下的方柱绕流稳定性问题 1、在二维MHD方柱绕流模拟分析中，发现 1)在相互作用数N(》)1，Hartmann数Ha(》)1前提下，流动发生不稳定（开始有涡的脱落）时的临界Re数随Ha数的增加而增加; 2)磁场能够约束涡街运动轨迹，延迟不稳定流动的发生; 3)回流区长度Lb，阻力系数CD、压力系数CPb及Strouhal数与Re数、Ha数的变化关系，(Lb，CD，St)=f(Re/Ha4/5)，(CPb)=g(Re/Ha)。 2、对方柱绕流进行了三维直接数值模拟，得到以下新发现: 1)无磁场作用时，应用横向速度脉动信号，确定了Re=240时发生的涡的错位现象。 2)磁场作用下，涡管沿磁场方向被拉长，原来断裂的涡管被重新修补，具有连贯性; 3)流向涡随着磁场的增强不断被衰减;磁场的增强导致卡门涡街的涡脱落数和轨迹宽度不断减小;阻力系数与Strouhal数随着相互作用数N的增加，呈现出先减后增的趋势; 4)首次指出Re=2400，相互作用数N≈1时，方柱周围存在许多小尺度结构，随着流动，他们很快被耗散，下游呈准二维流动状态;Re=2400，相互作用数N≈16时，小尺度结构减少，低频的能量涡增加，流动沿磁场方向变化很小，二维特性明显，但流向及横向的流动也显得无规律。 5)磁场强度大，流动换热效果减弱。