将聚变堆超导磁体的运行温度降低至超流氦温区是提高装置约束能力和运行参数的一种重要技术手段。因而开展超流氦低温系统研究,对大型超导磁体超流氦冷却技术的发展与应用有着重要意义。冷箱作为低温系统中的重要部件之一,其主要功能是集成系统中的关键部件并为部件提供真空绝热的工作环境,降低漏热量。目前国内针对超流氦低温系统冷箱的研究较少,此外在降低设备热负荷、提高装置工作效率等方面仍存在改善优化空间。本文以聚变堆主机关键系统综合设施（Comprehensive Research Facility for Fusion Technology）中拟建的 250 W@1.8 K大型超流氦低温系统1.8 K冷箱为研究对象,开展超流氦系统低温关键设备及冷箱的结构设计,并对主要部件进行热流固耦合分析以验证设计的合理性,主要的开展的工作如下:（1）1.8K冷箱的结构需根据内部各部件的尺寸与布局、阀门与连接管道的路线布置,以及所采用的绝热结构设计等来确定。根据超流氦低温系统中负压换热器、冷压机及低温阀门等基本输入参数,并按照设计要求对4.5 K储罐、1.8 K储罐的结构进行设计。而后通过设计的管路与设备的连接来完成冷箱布局设计。为减少冷量损失,采用了 80 K和5 K冷屏组合的双冷屏结构。此外,在设计中增加多层绝热层材料和热锚G10材料来减少冷箱的冷量损失。（2）对关键部件的连接管路设计结果进行了热分析校核。采用有限元方法模拟了冷压机组设备中连接蜗管和其他部件的连接管路系统在受常温至1.8 K的温差影响时产生的强度响应,并根据分析结果优化了设计,确保结构更加合理。对80 K和5 K双冷屏结构进行了稳态热分析,分别分析了有无双冷屏两种情况下设备的热通量及热负荷变化,验证了双冷屏结构可以有效降低冷箱中的辐射漏热量。（3）冷箱作为真空压力容器,在各种工况下的安全性与稳定性影响着系统的运行情况。从理论分析和有限元分析的角度对冷箱壳体的稳定性进行验证。采用多物理场耦合方法,分别对在正常工况、非正常工况（设备故障或冷箱失压等）和地震事件中的重力、温度、压力和地震震动等单一和复合载荷作用下复杂冷箱结构的强度响应进行了分析,验证结构设计的安全性。（4）对设计的4.5 K液氦储罐结构在调试阶段的冷却过程进行了分析。采用热流固耦合分析方法,模拟了储罐在以基本加注参数进行加注时的温度分布情况,并研究了储罐结构受温度变化影响而产生的强度变化规律。选取了多组进出口尺寸参数和进液速度参数,采用正交试验方法对比了不同参数组合对储罐冷却性能的影响,从而提出了可供参考的储罐设计参数范围。本文对超流氦低温系统的1.8K冷箱结构进行了设计与校核,其中双冷屏结构设计和热阻断设计等绝热设计,以及采用多物理场耦合方法来评定复杂结构的强度,可为同类别装置的结构设计与校核工作提供一定参考。