低温流体是进行制冷循环或液化循环的工质，常用的低温流体包括液氦、液氮和液氢等。低温流体通常在运用核磁共振、超导、前视红外成像等技术的大型系统充当冷媒，能有效将系统维持在恒定温度。低温流体在光滑表面和泡沫表面的池沸腾现象是最具代表意义的相变传热问题，深入研究低温流体的池沸腾换热机理有助于揭示表面热流密度与表面温差、沸腾传热系数与表面热流密度间的内在联系。本文完成了低温流体池沸腾传热机理研究，并模拟了低温迫流冷却系统的热负载情况，主要内容如下：设计了用于不同表面上低温流体液氮池沸腾实验系统，简述了实验操作步骤，分析了实验系统误差。由于实验系统一直处于低温液氮的环境，为减少漏热，采用六角螺栓配合弹簧垫片紧固上下法兰。另外，利用聚四氟乙烯在受载时弹性形变保证其在低温下产生冷缩效应后仍能较好隔绝外部液氮。利用数值模拟验证了紫铜加热块一维导热问题的假设，完成漏热量分析。得到了光滑铜表面和泡沫铜表面热流密度与表面温差关系曲线、表面换热系数与热流密度关系曲线。光滑表面的结果完整地验证了经典的沸腾曲线，同时观察到CHF发生在17.3W/cm2处，此时表面温差14.65K。泡沫铜表面的结果与经典的沸腾曲线有明显不一致，在核态沸腾起始阶段，换热系数较高，达到0.65W/（m2·K）左右，当热流密度达到2.75W/cm2，换热系数突然变小，随后维持在0.3W/cm2左右。将泡沫铜表面核态沸腾划分为基础沸腾阶段和表面沸腾阶段，两个阶段沸腾机理有明显不同：基础沸腾阶段，孔隙内产生大量孤立气泡，且气泡直径随热流密度升高而变大；表面沸腾阶段，泡沫材料孔隙中的液体被蒸气排出，只在材料最表层产生沸腾，由于蒸气向上与冷流体向下的强制对流效果，形成了类似蘑菇云的结构，因此在材料表层难以形成稳定气膜。在光滑表面池沸腾超过临界点后，降低热流密度时发生了迟滞现象，当热流密度降低到11.883W/cm2时，达到稳定状态后表面温差152K，气膜结构仍存在，直到热流密度降到2.745W/cm2迟滞现象才消失。而泡沫铜表面因未达到膜沸腾，降低热流密度并未出现迟滞现象。池沸腾的可视化研究把表面沸腾状态随热流密度升高划分为五个阶段：1、自然对流向核态沸腾过渡阶段，此时气泡直径较小，为0.2-0.8mm之间，汽化核心的密度也较低；2、核态沸腾发展阶段Ⅰ（起始阶段，泡沫表面处于基础沸腾阶段），汽化核心的数量开始增多，气泡直径也变大，气泡仍呈现孤立状态；3、核态沸腾发展阶段Ⅱ（泡沫表面向表面沸腾转化），在泡沫表面也无法观察到明显的孤立气泡，大都成相互紧贴的状态；4、核态沸腾发展阶段Ⅲ（光滑表面上方出现气柱，逐渐达到临界点，泡沫表面进入表面沸腾），光滑表面上方形成气柱、气块形式的结构，逐渐达到临界点，换热效果也达到最佳。泡沫铜表面上方形成了类似蘑菇云的结构，完全进入表面沸腾阶段，换热系数只有基础沸腾阶段的二分之一。5、膜态沸腾阶段，实验中只在光滑表面观察到膜态沸腾阶段的可视化结果，形成的气膜不断在过热状态下被撕裂成气包，气包直径较大，产生速率慢，导致沸腾表面热阻变得非常大，热量无法顺利传递到液氮中，表面温差迅速增大。对使用低温迫流冷却的超导系统进行了模拟研究，建立了二分之一的几何模型，应用DO模型实现对复杂系统的辐射换热计算。实现了针对高真空密封腔体的温度分布和束流板热负荷计算。考虑采用低温迫流与制冷机耦合冷却系统的方式控制束流板在临界温度以下，从而达到超导态。在100mA和200mA电流下迫流液氦的质量流率分别为0.67kg/h和2.58kg/h。