核裂变能是一种清洁、高效的能源,目前已广泛应用于商业发电。然而核裂变能在快速发展的同时,也面临着放射性核废料处置问题。加速器驱动次临界系统(Accelerator Driven Sub-critical System,ADS)被认为是嬗变处理核废料的重要途径之一。中国科学院已将ADS嬗变系统列为战略性先导科技专项之一。　　 散裂靶作为ADS系统中连接加速器和次临界堆的关键核心部件,直接影响着ADS的性能。由于散裂靶受到高能质子轰击,同时承受着高温和强中子辐照作用,因此,对散裂靶材料提出了很高的要求。本文在充分调研国内外ADS散裂靶研究情况的基础上,选择液态铅铋合金(LBE)作为靶材兼冷却剂,选择无窗靶作为靶型。液态无窗靶的主要技术难点之一在于液态合金自由液面的形成和控制,需要进行理论分析和实验验证。　　 FDS团队正在开展ADS反应堆概念和液态铅铋堆芯综合模拟实验平台的设计和研制工作。其中,无窗靶热工水力学原理验证装置是液态铅铋堆芯综合实验平台中的重要组成部分。然而,原理验证必须以示范堆的概念设计为基准开展设计和研究。因此,本文首先给出了ADS示范堆无窗靶关键部件及其回路的概念设计方案,其次给出了原理验证装置关键部件及其回路的设计方案,然后运用计算流体动力学(CFD)软件ANSYS FLUENT12.0对无窗靶的关键问题——自由液面的形成开展了数值模拟,以分析设计方案的合理性和可行性,最后在模拟结果的基础上对无窗靶关键部件进行了优化设计。　　 本文提出了液态无窗靶设计方案,给出了无窗靶原理验证装置的设计方案,并通过流场分析得出优化的冷却剂导流方式,本文的工作将为接下来的实验工作提供理论基础和参考数据。