具有陡峭压强梯度的高约束模（H-模）放电运行模式是未来托卡马克聚变装置,如ITER,稳定运行的基础。台基区强的压强梯度和电流密度引起的扩散和对流输运会导致大量的热流穿越最外闭合磁面流入到刮削层区域,从而导致强热流打到偏滤器靶板处,造成靶板材料腐蚀和破坏。沉积到偏滤器靶板的热流峰值与刮削层宽度成反比。刮削层的热流宽度是由刮削层区域横越磁场的径向输运和平行输运之间的竞争来决定的。根据满足实验定标率的Goldston的启发式漂移模型,即热流宽度跟等离子体电流或极向磁场成反比而基本不依赖于其他刮削层参数,预测得到的ITER刮削层热流宽度仅仅1 mm,这对于ITER偏滤器热负荷来说无疑是个严峻的挑战。而最近的回旋动理学模拟和湍流模拟给出的ITER热流宽度约为5-6mm。到目前为止,对于ITER或者未来聚变装置热流宽度的预测值仍然存在很多不确定性。但是毫无疑问,我们都希望通过有效的技术来展宽刮削层热流宽度,进而减小偏滤器靶板热负荷。基于该研究背景,本文主要按照以下六个章节进行展开。论文第一章简要介绍了本工作的研究背景,简要阐述了杂质对边界等离子体的影响以及刮削层热流宽度的基本概念,最后给出了论文结构。第二章介绍了 BOUT++程序组以及边界等离子体输运模型。第三章,基于简化的Braginskii方程组,在BOUT++框架下开发了锂杂质输运模块。模拟了 EAST放电过程中上偏滤器位置实时注入锂粉实验过程,研究了锂杂质在边界等离子体中的输运以及与背景等离子体之间的相互作用。模拟结果表明,锂原子随着锂粉的注入向内传播,注入的深度与局部等离子体特性和初始注入速度有关;锂离子在托卡马克边界快速堆积而只有少部分能够穿过最外闭合磁面进入芯部;在上偏滤器注入情况下,刮削层区域锂离子沿着磁力线迅速扩散,在高场区输运速度高于低场区:背景等离子体与锂离子之间的强相互作用对降低边界背景等离子体温度、提高等离子体密度起着重要作用。第四章,在BOUT++框架下开发了包含漂移的边界等离子体流体输运模型（trans-Er）。通过将准中性约束条件下的涡度方程与等离子体输运方程组相耦合,计算了稳态径向电场分布。基于托卡马克装置Alcator C-Mod实验测得的等离子体密度和温度剖面,从等离子体输运方程出发,推导出了有效的径向粒子和热扩散系数。在给定的输运系数和鞘层边界条件下,通过耦合的涡旋方程和等离子体输运方程,自洽地求解穿过最外闭合磁面的径向电场分布。在鞘层边界条件的影响下,刮削层内将会形成一个正的径向电场。模拟发现E×B漂移对于径向电场影响并不明显;磁漂移影响局部等离子体输运,由于磁漂移所导致的净粒子流会产生电荷分离,这对整个边界和刮削层区域的径向电场分布影响显著。第五章,运用BOUT++框架下包含漂移的边界等离子体输运模型（trans-Er）,模拟研究了影响刮削层热流宽度的物理机制。为了了解经典漂移和湍流在影响刮削层热流宽度方面的相对角色,分别模拟了在4个下单零偏滤器位型C-Mod EDA（enhanced Dα）H-模放电情况下的刮削层热流宽度。刮削层湍流输运系数的扫描确定了两个不同的物理机制:当热输运系数χ⊥小于热输运临界值χ⊥c时,漂移主导径向输运;当热输运系数χ⊥大于临界值χ⊥c时,湍流主导径向输运。Goldston的启发式磁漂移模型给出了刮削层热流宽度的下限。对于C-Mod EDA H-模放电,热流宽度由漂移和湍流输运之间的强竞争来确定。刮削层热输运系数的临界值χ⊥c决定了由漂移到湍流主导径向输运机制的转换。刮削层热输运系数的临界值χ⊥c与以下两个因素有关:装置大小和等离子体运行机制。从C-Mod到ITER和CFETR,由于装置尺寸、磁场强度和电流的明显增加,热输运系数的临界值χ⊥c显著减小,从而降低漂移对径向输运的贡献。BOUT++模拟结果表明,对于未来聚变装置ITER和CFETR来说,将可能进入湍流主导径向输运机制,其刮削层热流宽度将不再满足实验给出的Eich定标率。最后,对本文工作进行了总结,阐述了本文工作的创新点,对未来工作的开展进行了展望。