在核反应堆系统研究中，采用基于热工水力多尺度耦合方法、热工水力程序与三维中子物理程序的耦合方法分析反应堆系统及堆芯核热耦合特性，是最受关注的研究领域之一，可以帮助提高仿真精度、优化反应堆设计。
　　在本论文中，为了更进一步了解一体化压水堆IntegralPWR-200(IP200)的运行与安全特性，研究了基于RELAP5与计算流体力学程序Fluent的热工水力多尺度耦合方法、基于RELAP5/三维两群中子扩散方程的物理程序的耦合方法、基于Fluent\中子物理的耦合方法。文中详述了如何解决耦合过程中耦合方式、时间前进方式、空间网格映射、时间步长控制、数据交换方式等难题。特别是文中提出了耦合参数分布函数拟合法，使得低维参数可以满足相应物理规律进行升维变换，从而消除耦合界面的误差及数值不稳定性，加速计算收敛、提高计算精度。为了检验和验证上述耦合程序，进行一系列测试，仿真结果与Edwards管道喷放试验、VVER六边形燃料组件基准题以及已有的秦山电厂运行与设计数据吻合良好。
　　利用RELAP5/物理耦合方法对IP200系统和堆芯进行建模，并对不同的运行策略，包含:额定功率运行，低功率强迫循环、自然循环、直流蒸汽发生器分组运行进行模拟。对于强迫循环，反应堆功率、冷却剂流量和温度特性主要由燃料组件富集度、控制棒布置及位置、主泵的推力决定。25％负荷自然循环运行，冷却剂流量主要由流动阻力，密度差和回路高度差产生的驱动压头决定，与强迫循环不同的流量分布特性进而导致功率分布的不同。此外，25％负荷直流蒸汽发生器分组运行可以克服二次侧流动不稳定性，但也带来一次侧强烈的不对称运行特性，主要是引起压力容器内和堆芯入口处冷却剂温度的不均匀分布。
　　为了更深入了解冷却剂在压力容器内下降段和下腔室的搅混特性，采用RELAP5/Fluent耦合方法对搅混腔室帮助改善流动的特性进行分析。结果表明在50％负荷和25％负荷的低功率工况下，冷却剂流速和温度特性得到改善，不均匀分布参数与没有搅混腔室比较显著降低。但搅混腔室有效提高均匀性的同时，也会在下降段和下腔室引入额外的流动阻力。耦合方法考虑了系统响应，为CFD提供更为准确的边界条件。
　　为分析IP200的安全特性，假设发生包含蒸汽管道一的双端剪切断裂叠加管道二的5cm破口的最严重的蒸汽管道破裂事故，和单根SGTR双端剪切断裂事故。将MSLB事故分析中的分析中的关键参数与国际经合组织的环路式压水堆基准题进行对比。结果证明IP200闭式燃料组件和直流蒸汽发生器的固有特性，尽管与基准题结果存在不同，但可以保证在最严重的蒸汽管道破裂事故下反应堆的安全性。采用耦合方法分析主蒸汽管道断裂和蒸汽发生器传热破裂事故，系统尺度的瞬态分析结果为堆芯局部分析提供耦合的边界条件。仿真结果给出了关键运行参数如反应堆功率、冷却剂温度等的瞬态三维分布，也证明了IP200的固有安全性。
　　本文中的耦合方法为探索热工水力多尺度、物理-热工多物理场的一体化压水堆运行特性、瞬态安全评价提供了更为准确的局部数据，同时，也兼顾了系统级别的响应特性。通过耦合方法的研究与应用，对于提高一体化压水堆的运行与安全的最佳估算具有重要的参考价值和现实意义。