水冷增殖包层设计概念是中国聚变工程实验堆（CFETR）的候选包层概念之一。本文针对水冷增殖包层展开设计与优化,从中子学角度以及热工学角度来评价包层的产氚性能和传热性能,评估了CFETR中应用水冷增殖包层的可能性。首先,本文采用中子学程序对水冷增殖包层开展了大量中子输运模拟:通过模拟锂球壳模型比较了核数据库对模拟的影响;通过模拟水冷增殖包层一维模型优化了增殖区材料布置;通过计算包层三维模型总氚增殖率,从中子学角度验证了水冷增殖包层的可行性。然后,建立了水冷增殖包层模块的热工学模型,利用CFX程序模拟了包层达到正常工作时的温度分布,研究了包层增殖区中子倍增材料以及冷却管布置对包层传热性能的影响。模拟结果表明,Be₁₂Ti做中子倍增材料能够满足CFETR的设计要求;冷却剂采用串联布置更有利于水冷增殖包层模块的稳定运行。最后,将中子学模拟与热工学模拟结合,进行了水冷增殖包层的初步核热耦合模拟,计算了包层的核热产生、氚增值率以及包层各部分的温度分布。耦合计算结果与非耦合模拟结果对比后发现,非耦合模拟结果高估了包层的产氚能力,低估了水冷增殖包层的传热能力。因此,在水冷增殖包层设计中开展核热耦合模拟,能够获得更加精确的性能参数,更有利于合理地评估水冷增殖包层的物理热工性能,为水冷增殖包层概念在CFETR中应用提供可靠依据。