在长脉冲、高功率运行条件下，中性束注入(NBI)系统中各热流承载部件，特别是直接对中性束进行截止测量的功率测量靶、吸收残余离子的离子吞食器等要承受高能粒子长脉冲强热流的轰击。NBI系统高热流承载部件的稳定运行能力对实现高功率NBI系统安全运行至为重要。设计适合强流、长脉冲、高功率运行的NBI系统各热流承载部件的最佳结构是目前NBI研究中不可忽视的问题之一。　　针对EAST NBI系统运行要求，本文首先在深入分析高热流承载部件的传热机理及其束功率沉积特性的基础上，从物理特性和机械性能两方面对高热流承载部件主体靶板的材料进行了选定。其次，结合k-ε两方程湍流模型和壁面函数法，建立了拉格朗日描述下的高热流承载部件主体靶板湍流换热控制方程，并基于有限体积法建立了湍流换热数值算法。应用湍流换热理论，详细分析了功率测量靶和离子吞食器主体靶板的束流截面面积、靶板夹角、厚度、靶板内冷却水管内径及布置、埋入深度等因素对各自部件湍流换热效果或压力降的影响，确定了功率测量靶和离子吞食器最佳的靶板结构参数，综合考虑热膨胀、溅射、固定支撑、测控布置等因素对离子吞食器和功率测量靶整体结构的影响，完成了EASTNBI功率测量靶、离子吞食器的设计，并在NBI综合测试台上进行了相应实验测试研究。实验测试结果和数值仿真结果吻合较好，验证了本文湍流换热模型及其数值算法的可行性和计算精度，同时也验证了基于湍流换热原理的离子吞食器结构设计能够很好满足NBI柬流运行参数（束功率2-4MW，脉宽10-100s）下30％能量沉积的设计要求，功率测量靶的结构设计能够很好满足NBI束流运行参数的测量要求。最后，为实现EAST NBI离子吞食器的稳态运行能力，考虑壁面热流分配机制、相界面质量传递、相界面动量和能量传递、真实体积含气率等经验关系式，结合欧拉两相流流动换热控制方程建立了过冷沸腾数学模型及其数值计算方法，首次将Hypervapotron结构应用到EAST NBI离子吞食器靶板强化换热设计并完成了加工样件，基于过冷沸腾理论详细分析了其在给定实验设计工况下的换热性能、流体流动特性以及空泡率的变化等，综合考虑热膨胀、溅射、固定支撑等因素完成了EAST NBI稳态离子吞食器的概念设计。　　本文研究对EAST NBI系统各热流承载部件热流分析和结构设计具有重要的理论和工程价值，对实现EAST NBI系统高功率稳态运行具有重要意义。