反应堆在运行过程中往往会涉及多种物理现象,包括中子的产生和输运、流体的流动传热、不同材料的化学反应和机械应力的变化等,一般需要用不同的程序来分析不同类型的物理现象。事实上,上述各物理现象常常是相互耦合的,其中中子的输运与流体的流动传热之间的联系最为紧密,物理热工耦合分析也因此一直是堆芯安全设计的一个重要领域。鉴于目前在物理热工耦合分析中基于玻尔兹曼中子输运方程的确定论堆物理程序与三维热工水力分析程序的耦合研究较多,而这种方法存在计算精度受不同结构或几何模型的影响很大的缺点,迫切需要开发高精度计算模型来克服复杂几何堆芯结构以及材料不均匀性等带来的计算难点。连续能量蒙特卡罗程序与三维热工水力程序的耦合模型是解决这种复杂准三维问题的可行方案。以此为背景,本文开发了一个基于蒙特卡罗方法的高精确度准三维物理热工耦合分析系统。其中,利用NJOY程序生成连续能量的点截面数据库,基于PYTHON语言编写脚本程序,将子通道分析程序与三维连续能量中子输运程序MCNP以外耦合的方式进行耦合计算。通过将耦合系统计算结果与已公开发表的SERPENT/RELAP5耦合程序的计算结果进行比较,验证了该方法的可行性。在此基础上,对子通道程序进行了二次开发,开发了一套高精确度的三维耦合系统,实现了利用蒙卡程序与子通道分析程序对燃料棒进行详细三维耦合分析的功能,并利用所开发的程序对简化的沸水堆、压水堆燃料组件以及全尺寸的压水堆组件和堆芯进行了耦合计算。研究结果表明:由于沸水堆内慢化剂密度变化的梯度大,组件内的功率、燃料温度、冷却剂温度、密度等参数分布相对压水堆模型存在较大差异;在一定参数范围内减少总功率或增加冷却剂质量流速,可以使得其他热工参数分布的不均匀性减弱。采用高精度耦合算法得到的计算结果表明,燃料棒内的体积释热率沿半径方向呈现单调上升趋势,该现象对于单根燃料棒内温度场的不均匀分布有展平效果。在压水堆耦合计算中,不同的轴向节点划分方式对计算结果影响不大,而不同富集度燃料的布置对热工参数影响较大。在全堆芯级别上的耦合反馈效应对堆芯的径向的功率分布展平效果十分明显。这也表明,在反应堆设计中采用平均化处理方法得到的计算结果是偏于保守的。利用高精度耦合算法可以得到更为真实的参数分布情况,可以为反应堆设计和安全分析提供更准确的预测,减少不必要的冗余。