超临界水冷反应堆(SuperCritical Water-Cooled Reactor,SCWR)相对目前的压水堆具有热效率高、设备简化等优点,国际上对其展开了广泛的关注和深入的研究。在超临界反应堆燃料元件设计中,一项关键的工作便是控制包壳温度,防止发生与温度相关的包壳失效,确保燃料元件在堆内安全运行。因此,准确的预测包壳和流体间的传热行为非常重要。由于超临界水在拟临界点附近物性变化剧烈,超临界水的流动和传热等热工水力行为与次临界压力下相比存在明显差异,从而给SCWR的燃料组件设计工作带来了很大的挑战。因此,需针对超临界水在燃料组件典型流道内的流动和传热现象进行深入的研究。本文针对超临界流体流动传热的研究现状进行了大量调研,并根据上海交通大学提出超临界混合谱反应堆燃料元件,结合上海交通大学已有的SWAMUP装置,主要对以下方面进行了研究:(1)开展了针对水力直径7.6mm和10mm的圆管的流动传热实验研究,建立了圆管传热数据库,并对影响圆管传热的参数进行了评价。针对公开文献中较少研究的下降流动研究,建立了针对下降流动预测换热系数的半经验关联式。(2)开展了水力直径与混合谱燃料元件相近,7.3mm环形通道流动传热实验研究,建立了传热数据库,并对定位格架对传热影响进行了深入研究。基于次临界下阻力压降的半经验关联式,通过分析无量纲参数对流动影响,建立了针对超临界水环管内流动受定位格架影响的关联式。(3)开展了两种2×2棒束实验,水力直径分别与超临界混合谱燃料元件相近,分析了定位格架对传热的影响。建立了2×2棒束传热数据库,根据实验测得的壁温,借助截面平均方法、数值模拟方法和子通道程序方法,得到了2×2棒束通道内棒与流体换热系数。本研究建立了超临界流体在圆管、环管、棒束三种典型流道内传热数据库,分析了参数及定位格架对传热影响,特别对圆管传热作了比较详细地分析,并与另外两种流道的传热进行了对比,研究结果表明:参数影响在三种典型流道内相似,流量、热流密度、流动方向对传热影响较大,传热恶化现象出现在高热流密度质量流速比(q/G)的圆管工况中;环管、棒束流道定位格架下游换热系数出现明显升高,传热恶化得到抑制;采用截面平均、数值模拟和子通道程序三种方法得到的棒束换热系数相近;采用无量纲数方法拟合出适合圆管下降流动的新的计算关系式,关联式较好地预测了换热系数,基于阻力压降公式建立了定位格架下游影响传热计算关系式,较好地预测了定位格架下游传热强化及强化衰减。