控制棒是反应堆应急机构中十分重要的组件。事故发生时,控制棒的顺利下落能够及时停堆,防止事故的进一步扩大。因此,研究控制棒的下落规律是极其必要的。本文通过理论与仿真两种方法对控制棒的竖向下落过程进行研究。首先,基于伯努利方程建立了描述导向管内流动的流线方程,结合流量守恒方程和竖向下落方程,对下落过程进行了理论求解。然后,采用动网格技术及UDF编译技术,实现了控制棒的下落过程仿真。最后,采用有限元方法建立了控制棒的横向振动方程,通过UDF编译实现了结构-流体的数据交互,分析了控制棒横向振动对下落过程的影响。理论与仿真的竖向下落结果显示:基于2D、3D模型,理论与仿真获得的控制棒竖向下落力学行为基本一致;基于3D模型理论计算获得的各参数对下落过程的影响规律与2D仿真获得的影响规律基本相同,可见2D模型的仿真计算能够捕捉到较为完整的控制棒下落力学行为。考虑控制棒横向偏移的下落结果显示:在本文参数下,横向偏移对下落过程的影响并不明显。因此,后续考虑横向振动的下落仿真中,采用无偏移的附加质量系数代替有偏移的附加质量系数是可行的。考虑控制棒横向振动的下落计算显示:与不考虑横向振动的下落结果相比,控制棒的横向振动使得下落过程用时更长,控制棒的下落速度与竖向流体力波动更大;碰撞产生的摩擦对下落过程的影响有限;结构在碰撞剧烈时,某些时刻下出口可能会出现“回流”现象;控制棒底部在进入减速段后,发生碰撞会使得周围流域完全紊乱,这是控制棒竖向流体力后期波动剧烈的主要原因之一。