传统的堆芯分析方法基于广义等效均匀化和粗网节块法，理论上近似较多，难以胜任复杂堆芯的设计需求。随着硬件技术的发展，摒弃均匀化理论，“一步法”直接全堆输运计算日益成为研究热点。本文基于大规模并行计算，研究2D/1D耦合的三维全堆输运计算。主要研究内容有：首先，研究了基于模块化射线追踪的矩阵MOC方法。模块化技术显著降低了几何信息的存储需求；在模块化技术基础上，通过合理布置特征线处理对称模块，提出了计算对称堆芯的方法。深入挖掘矩阵MOC方法系数矩阵的数值特性，减少了构造系数矩阵的计算量，显著降低了存储需求，提高了矩阵MOC方程的求解效率。其次，基于矩阵MOC方法及其数值特性，研究了多群耦合GMRES算法。相较传统的Gauss-Seidel迭代，多群耦合GMRES算法能够更高效地处理上散射。结合多群耦合GMRES算法，研究了Wielandt迭代和IRAM算法替代传统的幂迭代法求解临界特征值问题，取得了更高的收敛效率。再次，研究了空间区域分解并行的二维矩阵MOC方法及CMFD加速方法。为加速内边界角通量的迭代过程，基于PETSc并行数值库，提出了求解区域分解矩阵MOC方程组的多区域耦合PGMRES算法。采用CMFD技术对区域分解的矩阵MOC方法进行加速，取得了良好的加速效果。最后，研究了基于并行技术的2D/1D耦合三维全堆输运计算方法。在三维CMFD框架下，径向采用区域分解并行的矩阵MOC，轴向采用扩散有限差分，实现了2D/1D耦合的三维全堆输运计算。综合利用2D/1D耦合方法径向和轴向的并行度，基于MPI实现了大规模的并行计算。根据上述研究内容，开发了2D/1D耦合三维全堆输运计算程序Tiger-3D。该程序径向上基于空间区域分解的矩阵MOC程序Tiger-2D，轴向上各平板独立求解，实现了大规模的并行计算。数值检验表明，Tiger-3D程序具有良好的计算精度、较高的计算效率和较强的并行可扩展性，具备较强的工程实用性。