核能作为一种重要的能源，其重要性在能源危机愈演愈烈的当代社会中愈发凸显，目前核电作为核能利用的主要方式。聚变包层是实现受控核聚变的核心部件之一，由第一壁，氦气连箱，增殖子模块级其他相关附件组成，其中第一壁直接面对等离子体，是整个包层最为关键的部件。我国目前有两种包层设计方案，分别是液态锂铅包层（DFLL）和氦冷固态包层（HCSB）。两种方案都拥有相似的第一壁结构，冷却剂均为8MPa的氦气。本文重点研究HCSB-DEMO包层第一壁的热工水力学性能，其第一壁表面涂有3mm后的铍层用做中子倍增剂。通过计算流体动力学软件Fluent的数值模拟与理论计算相结合的方式，对包层热工水力学性能进行了研究。结果表明，现有的HCSB-DEMO包层设计方案中，结构材料的最高温度发生在两侧的圆角外侧，达到829.2K，已超过允许的最高温度。通过减小最高温度处相应的流道截面积，可以增大流速继而加大局部对流换热系数，有效降低结构材料的温度，通过fluent分别模拟了几种不同的流到宽度工况，结果证实了强化换热效果，其中流到宽度为15.0mm的流道可以满足结构材料的温度要求，同时压力损失可以控制在合理的范围内。同时，本文对数值模拟方法进行了探讨。对计算案例进行了准确性分析，并结合理论估算验证了计算结果的可靠性，模拟所得的氦气出口温度，整体对流换热系数与理论计算值得误差均不超过5%。对有关边界条件的设置进行了分析，指出当前采用的上下两表面的周期性边界条件的误差，采用绝热边界条件对算例重新进行了计算，确定了真实条件下第一壁结构材料最高温度的范围，并对流道圆角，材料物性参数等方面进行了研究，为进一步的强化换热工作提供了参考。