反应堆堆芯物理与热工水力存在密切的耦合关系,有必要进行耦合计算分析。目前物理热工耦合大都为外部耦合方式,属于弱耦合,在核热耦合计算时若采用传统的逐次迭代法,计算过程中容易出现数值不稳定性和收敛速度慢等问题。因此,研究核热耦合计算的数值稳定性并提高其收敛性能对于改善核热耦合计算过程的稳定性及提高计算效率具有重要意义。本文以格林函数节块法稳态计算程序NNGFM和瞬态计算程序TNGFM与子通道热工水力分析程序COBRA-EN为基础,将子通道分析程序以子程序方式嵌入物理程序,通过内耦合串行方式开发了堆芯三维稳态及瞬态核热耦合计算程序。本文首先研究了堆芯核热耦合计算方法,分别提出了堆芯稳态及瞬态核热耦合计算流程,在此基础上,推导了多维数据插值算法并编程予以实现,制作了核热耦合反馈所需的截面数据库,并开发了核热耦合反馈计算模块、耦合参数传递模块以及耦合迭代控制模块与物理-热工程序联合编译形成耦合程序包。其次,以SIMULATE3计算结果为基准,利用秦山二期堆芯对开发的核热耦合程序进行了数值验证;然后采用数值模拟的方法对堆芯核热耦合计算的收敛性能进行了研究,针对稳态及瞬态工况核热耦合计算分别提出了松弛因子以及近似强耦合等算法以改进核热耦合计算的数值稳定性,并针对可能影响核热耦合数值稳定性的因素进行了敏感性分析。最后,在提高核热耦合计算数值稳定性的基础上,将开发的核热耦合程序与精细功率重构程序进一步耦合,使得程序可以进行耦合条件下堆芯热组件子通道分析计算。数值模拟结果表明,本文所建立的截面库及插值算法满足计算精度要求,所开发的稳态与瞬态核热耦合计算程序有效可靠,同时在核热耦合迭代计算中,引入松弛因子可提高耦合计算的数值稳定性,通过调整物理计算源迭代计算次数也可提高耦合计算的收敛速度和总的计算效率,并改善其数值稳定性。对于瞬态工况,在物理计算外迭代中引入近似强反馈可大大减少耦合计算迭代次数并提高耦合的收敛性能。同时堆芯内功率水平、硼浓度以及瞬态条件下时间步长的选取均对耦合计算迭代的数值稳定性及计算效率有较大影响。耦合条件下精细功率重构后热组件子通道分析可进一步提升堆芯热工裕量。