一体化铅铋有窗散裂靶具有中子产额高、系统简单可靠、安全性好、可维护性强等特点,是目前加速器驱动次临界系统(ADS)的主要研究对象。靶窗面临强流质子辐照和高热通量,为了保证靶窗寿命和安全性,需要通过对靶窗流道截面进行优化设计,从而降低散裂靶的最高温度。本文设计了一种一体化铅铋有窗靶结构方案,利用CFD软件对ADS铅铋散裂靶冷却性能进行三维热工水力分析和优化。本文参考中国铅基研究实验堆(CLEAR-I)铅铋散裂靶作为数值模拟对象,建立最佳网格数据模型,从而选取最佳分析对象。为了深入了解冷却剂通道内各区域流场、靶窗厚度和质子束流强度对散裂靶冷却剂系统换热性能的影响规律,建立三通道流道模型、不同靶窗厚度和不同质子束流强,开展了数值模拟分析与对比。结果表明,靶流道中心区域的冷却剂流动速度增加对靶区流场的改善效果显著。同时,质子束流强提高时,采用2mm厚靶窗会有较好的换热效果。在设计中采用变截面扰流结构设计,即上部导流管直径保持不变,下部缩小管径,上下导流管之间采用锥形管结构连接。为了深入了解导流结构对靶窗换热效率的影响,对入口截面采用不同的尺寸进行设计,包括靶窗下部导流管内径D和高度h,并针对不同流道布置形式进行分析对比。结果表明,变截面扰流结构相对于直筒结构,能够提高靶窗附近冷却剂流速,降低靶窗温度。当采用变截面管径设计的导流管时,质子束管在运行工况下会承受各种常规载荷和偶遇载荷的共同作用,将产生复杂的应力场,针对这一现象,基于ANSYS Workbench平台,对质子束管在稳态条件下进行综合应力分析与应力强度评定。初步分析结果显示,质子束管在设定载荷作用下的最大应力强度为13.2Mpa,满足ASME规范要求。本文旨在通过开展有窗散裂靶的数值模拟和结构优化,得出散裂靶结构对换热的变化规律和散裂靶结构优化方案,为ADS应用提供理论基础。