国际热核实验反应堆(International Thermonuclear Experimental Reactor,ITER)是磁约束核聚变产生洁净能源的反应装臵,包层是该装臵的关键部件之一,其主要作用实现核聚变反应原料氚的增殖,并将中子反应产生的能量转换成热能进而实现能量输出,因此包层内流动与传热特性的研究成为液态金属锂铅包层的关键问题。液态金属在强磁场环境下流动,由于导电导热的性质,其流动特性受多物理耦合场相互作用。导电液态金属的流动受到磁场的影响产生感应电流,感应电流与磁场相互作用产生洛仑兹力,洛伦兹力作为体力施加在液态金属上,从而改变锂铅流动速度分布,进一步影响包层的传热性能。聚变包层的实际结构是由复杂几何构型通道构成,几何构型与流动特性和传热性能密切相关,对于这种复杂几何结构以及多物理场耦合的解析求解存在极大难度,因此数值模拟成为研究该问题重要的发展方向。基于有限体积法发展的磁流体计算平台,通过相容守恒格式保证电荷守恒,即对于低磁雷诺数不可压缩粘性流体,在强磁场的条件下,能实现控制体内电流散度恒为零。验证高Ha数下壁面绝缘和导电两种情况下的直通道数值模拟结果均与解析解相吻合。本文主要关注180°方管在磁场作用下流动形态、涡旋及二次流动的变化情况,同时考察多物理耦合场相互作用的现象及机理。在无磁场一般情况下,会在180°方形弯管拐弯连接处产生分叉涡旋和迪安涡;随着Re数增大,流动会逐渐呈现不稳定状态,方管弯道出口段伴随有涡旋的振荡脱落;方管转弯出口靠近壁面位置会产生回流区域;在连接段及转弯出口延伸段形成明显的二次流动,即对称的迪安涡。随着磁场的加入,在磁场作用下液态金属流动会产生洛伦兹力,随着磁场强度的增强,流动形态逐渐由三维形态向准二维形态变化;磁场对流场会起到稳定作用,抑制涡旋脱落和回流区;回流区域有明显形态的改变,随着Ha数增加,对称平面的回流区域会逐渐分为三种不同形态的区域。通过对流场动量、能量、升阻力系数和涡结构的分析,在磁场的影响下180°方管的流动趋于稳定,向二维流动发展,通道转弯处形成的分叉涡旋、迪安涡与回流区域形态及长度形成相关耦合关系。推断出回流区域长度与Ha数和Re数的函数关系,转弯处截面的二次流动速度分布与磁场强度关系,以及转弯后分叉涡旋与回流区形成的相关结构的参数关系。