在冶金厂以及核反应堆中,当冷却水与高温熔融金属发生意外接触后,可能会引发由爆炸现象所导致的工业安全事故,从而造成严重的人员伤亡和经济损失。而两者相接触后的相互作用过程是一种涉及到相变、传热及化学变化等较为复杂的瞬态过程,故对其机理的探究较为困难,国内外对此至今有未有全面、深入的认识。综上,进一步地研究冷却水与高温熔融金属接触后的相互作用过程对相关安全事故的分析仍然有着极为重要的意义。本文自主设计了一种主要由注水装置、高速摄像图像采集系统及中频熔融炉所组成的可视化实验装置,借此开展了一系列水滴与熔融铝相互作用的实验。具体研究工作如下:开展了单水滴撞击熔融铝表面的动力学及热力学特性研究。在不同水滴下落高度以及熔融铝温度条件下,实验中出现了三种典型的实验现象:射流现象、射流-弹起现象和弹起现象。在射流现象中,水滴撞击熔融铝后形成射流结构,但始终未离开熔融铝表面。当水滴的下落高度增大后,其与熔融铝碰撞后先形成射流结构,后被弹离熔融铝表面,即射流-弹起现象。当水滴的下落高度及熔融铝温度均较大时,水滴撞击熔融铝后被直接弹离熔融铝表面,即弹起现象。且水滴的最大射流高度与水滴下落高度和熔融铝温度成反比,而水滴的最大弹起高度和其下落高度成正比,与熔融铝温度成反比。提出了水滴与熔融铝之间蒸汽膜的蒸发-冷凝模型,发现随着熔融铝温度的升高,两者之间的辐射传热量大幅提升,使得水滴完全蒸发时间明显减少。结合水滴撞击熔融锡表面的实验,发现当蒸汽膜因瑞利-泰勒不稳定性及开尔文-亥姆霍兹不稳定性发生局部塌陷后,触发水滴发生蒸汽爆炸的直接接触温度下限不高于208.67℃,且蒸汽爆炸的剧烈程度与熔融金属温度成正比。当熔融金属温度超过500℃后,相互作用过程中再无蒸汽爆炸现象产生。因此推断当熔融金属温度较高时,蒸汽膜越厚（稳定）,因此其无法在自身不稳定性的作用下发生局部塌陷。此时,水滴与熔融金属之间无法通过塌陷的蒸汽膜发生直接接触换热,从而使水滴升温到其均相成核温度以触发蒸汽爆炸现象。开展了水滴与熔融铝相互作用的物理化学耦合特性研究。发现在不同连续水滴下落高度以及熔融铝温度下,连续水滴撞击熔融铝表面后出现了三种典型实验现象:水滴聚合现象、水滴飞溅现象及（两者的）过渡现象,三种现象的分布情况取决于连续水滴的下落高度,而与熔融铝温度无明显关系。同时,当熔融铝温度较低时（700-900℃）,冷却水的完全蒸发时间随熔融铝温度的升高约呈线性减小。而当熔融铝温度超过900℃以后,其对冷却水的辐射传热程度相对熔融铝温度较低时急剧上升,导致冷却水完全蒸发时间的降低趋势增大。研究了不同熔融铝温度和冷却水初始体积条件下,冷却水与熔融铝表面接触后所产生的氢气体积,发现所收集到的氢气量与熔融铝温度成正比,而随着冷却水初始体积的增大呈先增大后逐渐趋于稳定的趋势。建立了反应中的产氢机制模型图,并对相关的物化机理进行了详细的分析。提出了蒸汽膜以及化学反应中生成的氢气在冷却水与熔融铝之间起到了“隔热层”的作用,其大幅降低了两者之间传热过程的剧烈程度,且其稳定性（厚度）较高故难以在自身不稳定性的作用下发生局部坍塌。因此,在两者的相互作用过程中始终无蒸汽爆炸现象出现。