等离子体面壁材料的选择是聚变装置托卡马克的关键问题,但到目前为止,还没有真正合适的材料。钨材料因为具有热导率高、熔点高、溅射率低、氚滞留率低等优点,成为首选的面壁材料。但是钨材料在高瞬时热流的作用下会熔化、汽化,熔化层在各种力(如表面张力、磁场力、压强梯度力等)作用下的流动,导致材料形貌变化,影响材料的传热能力,诱发电弧,甚至液体钨会以液滴的形式飞溅出去。这些作用不但缩短器壁的寿命,而且产生的钨杂质(原子、尘埃颗粒、液滴)将严重威胁等离子体运行。因此对瞬时热流作用下钨材料侵蚀的研究至关重要。本论文利用数值方法模拟研究了边界局域模(edge localized modes, ELMs)热负荷对钨偏滤器靶板的侵蚀。在未来聚变装置例如国际热核聚变实验反应堆(ITER)中强ELMs作用下,钨偏滤器靶板会熔化,甚至汽化。在熔化和汽化过程中,相变界面随时间不断变化,熔化层流动也会导致液体表面的位置随时间不断变化。本论文根据研究问题的需要,对所建立的模型采用有限体积法追踪界面的位置,较理想地计算了钨壁各个时刻的熔化速度及界面位置。论文在第一章绪论中介绍了工作的研究背景,第五章结论展望部分阐述了本工作的主要结论和创新点,其它各章研究内容分别为：第二章,为研究ELMs热流对钨偏滤器靶板的侵蚀,把偏滤器靶板简化为一个平板,建立了一维对流传热模型,考虑了熔化、汽化和热辐射效应。利用自主开发的一维移动边界对流传热程序,首先,针对EAST,采用实验中取得的ELMs能流密度,计算了钨靶板的表面温度分布。计算结果显示当前第一类ELMs作用在钨靶板上,在高约束模式运行时间取32s情况下,靶板表面温度从350 K增加到373 K,表明在当前的参数范围内,只要避免其它更严重的瞬时事件如破裂的发生,ELMs本身不会带来严重的威胁。然后,将ELMs的能量增加到接近未来ITER的能量范围,计算了ELMs能流密度峰值、间隙间能流密度、频率取不同值时,钨偏滤器靶板的温度分布和熔化厚度。研究发现,对于不同幅值的ELMs,当其它参数相同时,偏滤器靶板的表面温度(熔化厚度)与ELMs的能流密度峰值、间隙间能流密度以及频率成正比。第三章,建立了二维对流传热的自洽模型,研究钨偏滤器靶板瓦片在类似ITER运行参数下ELMs过程中的侵蚀问题。针对不同形状的钨偏滤器靶板瓦片,考虑瓦片缝隙对等离子体行为、能流密度的影响,将利用二维边缘等离子体动力学程序(2d3v PIC-MCC)计算得到的不同形状瓦片表面的能流密度分布,作为自主开发的二维移动边界对流传热程序的输入参数,计算了ITER中三种不同形状瓦片(直角瓦片、斜边瓦片、圆角瓦片)在发生ELMs过程中的侵蚀程度。研究结果表明,每一种形状瓦片都是在面向入射等离子体一侧棱边区域的表面温度最高,熔化厚度最大,汽化厚度最大：在相同的ELMs能流作用下,圆角瓦片的侵蚀程度最小,而且表面曲率半径越大,侵蚀程度越小。论文中分析了这些结果的原因。第四章,通过将二维热传导方程与流体力学的纳维斯托克斯方程结合,建立了二维流体动力学模型,进一步研究在ELMs强热流轰击下,钨熔化层在表面张力、压强梯度力、磁场力等力的作用下流动时,偏滤器靶板的侵蚀和形貌变化。在模型的数值求解中,采用交错网格的方法进行离散,成功解决了液体表面追踪的算法难点,保证了钨偏滤器靶板侵蚀程度计算的准确性。研究结果表明,在ELMs过程中,钨熔化层在表面张力、压强梯度力、磁场力等各种力的作用下,会在熔化层两侧的边缘区域形成类似山峰结构的凸起,加重钨偏滤器靶板的侵蚀程度。如果不考虑磁场力的作用,在空间分布为高斯形状能流的作用下熔化层两侧的山峰结构是对称的。如果考虑磁场力的作用,熔化层在磁场力的作用下流动,使得熔化层两侧的山峰结构不再对称,迎着磁场力一侧的山峰高度增加,另一侧的山峰高度降低。