超临界水冷堆是第四代反应堆中唯一的水冷堆型。然而,超临界水物性的奇异变化使得其堆内热工水力行为与常规次临界压水堆有很大的不同。简单流道内,超临界水存在正常传热、传热强化以及传热恶化三种典型传热现象。棒束流道结构复杂,加上定位件的影响,其传热行为更加复杂。超临界水冷堆在启停堆或者失压事故工况下,将经历跨临界瞬态过程。因此次临界条件下的沸腾危机现象可能再次出现,威胁包壳的安全。超临界水冷堆稳态与跨临界瞬态热工水力分析面临巨大挑战,迫切需要开展相关研究。本文工作主要包括以下四个方面。（1）开展光滑流道2×2棒束超临界水流动传热稳态实验,研究无定位件时光滑流道内棒束的周向和整体传热特性。棒束结构为2×2正方形排布,加热棒外径为10 mm,节径比为1.18。实验结果表明,加热棒存在显著的周向传热不均匀,周向传热差异在拟临界区附近最小。针对棒束整体传热规律,详细讨论了热流密度、质量流速以及压力的影响,发现其规律与圆管一致,且棒束内同样有可能发生传热恶化。研究表明,表征浮升力影响大小的无量纲因子?B与换热系数比具有良好的规律性,基于此提出了适用于棒束的超临界传热经验关系式。（2）开展格架定位环管与绕丝定位2×2棒束超临界水流动传热稳态实验,研究定位格架与定位绕丝两类典型定位件对传热的影响。实验结果表明,超临界条件下格架对下游传热的影响规律比次临界条件下复杂,且影响距离显著大于次临界工况。研究分析了七种影响格架对下游传热作用的因素,总结了其中占主导作用的四种因素,并对比归纳了不同无量纲物性修正项与最大换热系数增强比的关系,提出了适用于超临界条件下的格架传热关系式。实验观察到格架所致传热恶化现象,且对应的下游传热并非呈简单指数衰减规律,而是振荡回归。对此,结合CFD数值分析给出了合理的解释。通过采用表征浮升力效应的无量纲Bob数为评价标准,研究得到了格架所致传热恶化发生的临界条件。绕丝对传热影响的实验研究表明,绕丝使得棒束周向传热规律复杂化。总体而言,绕丝能提升平均换热系数,却不能消除传热恶化。（3）开展绕丝定位2×2棒束超临界水跨临界降压与升压瞬态流动传热实验,研究加热棒在跨临界瞬态过程中沿程壁温响应规律。实验结果表明,一定条件下,降压和升压跨临界瞬态过程中均有可能出现沸腾危机,但二者行为有所不同。降压过程中存在动态的骤冷前沿,使得壁温同步升高却从上游至下游依次落下,升压时沿程壁温则大致同升同降。降压过程中沸腾危机后最高壁温与影响区间均大于升压过程。实验还研究了质量流速、热流密度和压力变化速率对瞬态传热的影响。（4）针对跨临界降压瞬态过程,开发相应的计算程序,通过对典型工况进行数值模拟,经实验验证与深入分析,确定跨临界时发生沸腾危机的条件。程序通过采用稳态一维流动方程和包壳瞬态导热方程,选择恰当的壁面传热模型,以给定速度的方式实现骤冷前沿的移动,将水的临界点温度作为跨临界时干湿壁面的分界点,成功模拟了跨临界降压瞬态过程。综合实验数据与程序计算结果,得到了跨临界时发生沸腾危机的临界条件,为超临界水冷堆安全分析提供了参考。