针对国际热核聚变实验堆(ITER)级别聚变堆芯驱动的三维模型次临界能源包层，轻水冷却燃料及氦气冷却第一壁、轻水冷却燃料的2个热工-水力方案，采用RNG k-ε湍流模型结合流-固耦合传热方法进行数值模拟，并考虑了燃料栅元功率密度及功率展平三维分布。研究发现:氦气冷却第一壁能显著降低各固体材料的最高温度；燃料栅元最高温度大小与功率密度分布一致；功率展平利于轻水在冷却通道中等流量分配。本研究获得了足够热工裕量的热工-水力方案。