第四代反应堆国际论坛（GIF）将熔盐堆列为未来最有发展前景的堆型之一。美国、日本、欧洲均已经对熔盐堆开展了相关研究。中国对熔盐堆的研究起步较晚，但发展较快。中国政府委托中科院上海应用物理研究所开展钍基熔盐堆的相关研究工作，并计划在未来20~30年中实现熔盐堆实际应用。非能动余热排出系统是保证熔盐堆安全应用的关键系统。目前，熔盐堆的非能动余热排出系统研究较少，绝大部分以概念设计为主。在此背景下，本文依托国家自然基金课题开展熔盐堆非能动余热排出系统的基础研究工作。　　通过阅读大量国内外相关文献并分析熔盐堆余热排出系统结构总结出需要解决的关键问题：换热管内流动沸腾换热特性、套管回路内可能发生的不稳定振荡以及余热导出系统运行特性。根据需要解决的问题，本文主要通过搭建电加热套管实验台和余热导出系统模拟实验台的方法进行研究。电加热套管实验回路主要研究流动沸腾和不稳定振荡问题，余热导出系统模拟实验台主要用来研究系统运行特性。　　电加热套管实验台主要由汽包、中心管和套管组成。中心管管径为12.731mm，套管管径为25.431.5mm，套管沿高度方向分为加热段和上升段。冷却水贮存在汽包内，运行过程中流体自中心管入口进入，向下流到套管底部，折返向上进入套管与中心管之间的环隙，最终从套管出口回流到汽包中。回路输入热源由直流电源提供。余热导出系统模拟实验台在套管实验台的基础上添加了外层高温套管，实现了完整的双层套管结构。外层套管通过气隙导热和辐射换热将热量传递给内套管，进而引发环隙内的冷却水沸腾。余热导出系统模拟实验台的热源由高温管式炉提供，热阱则来自冷凝水箱。　　本文利用电加热套管实验台完成了环隙内的过冷沸腾和饱和沸腾实验，探讨了热流密度、入口过冷度、汽包液位高度、压力等因素对沸腾传热和自然循环流动的影响，并将实验数据与Kandlikar、Gungor-Winterton等众多饱和沸腾模型进行对比，分析了对流项和核态沸腾项的相对影响，在此基础上对Liu-Winterton公式进行了修正。修正结果显示预测精度有所提高。　　本文获得了低压自然循环条件下的过冷沸腾起始点（ONB），讨论了Sato-Matsumura、Jens-Lottes等预测模型和影响ONB点的关键因素，依据Pearson系数分析了ONB点与相关参数之间的关联性，在理论推导的基础上提出了新的相关关系，利用Ahmadi的数据对新的关联式进行验证，结果显示Ahmadi数据的相关性明显提高。本文对自然循环套管内出现的间歇喷泉振荡和密度波振荡进行了研究，阐述了间歇喷泉和密度波振荡产生的机理，分析了两种振荡的一些关键特征和不稳定边界。此外，本文还发现了一种新的小流量不稳定振荡，并进一步分析了小流量建立的原因。　　本文验证了非能动余热排出系统的可行性，研究了套管内的传热热阻分布，探讨了高温热源、系统水装量、冷凝水箱、回路阻力等因素对系统运行特性的影响，并进行了系统启动动态过程分析。　　本文以RELAP5为基础建立了非能动余热排出系统模型，分析了模型计算结果的准确性，研究了冷却水突然注入工况，并数值模拟了衰变条件下的余热排出系统运行过程，结果显示非能动余热排出系统可以在低于150kPa的压力条件下长期运行，并将热量安全稳定的导出到环境当中。　　对于熔盐堆非能动余热排出系统，本文的研究成果可以为其实际应用提供技术支持。