超临界水冷反应堆(SCWR)是第四代先进反应堆中唯一的一种水冷堆,具有经济性、连续性等诸多综合优势,是借鉴目前压水堆、沸水堆和超临界火电机组的设计、建造和运行经验,提出的一种先进水冷反应堆。选取超临界水为冷却介质,堆芯出口压力25 MPa,温度500℃。研究了超临界水自然循环换热对流动的作用影响,对缓解堆芯事故及第四代超临界水冷反应堆的堆芯余热排出系统的设计,具有理论和工程实践价值。首先,进行了超临界水自然循环流动换热实验。研究了超临界水自然循环系统,在不同的系统压力条件下,对其自然循环流动换热特性的影响。研究结果表明:超临界自然循环流量的波动幅度,跟亚临界自然循环流量相比较大。在超临界水自然循环流动实验数据信号的基础上,通过选择各种不同的小波基函数,对实验流量信号进行了信号去噪分析,以利于对实验信号进行进一步的分析。然后,分析了超临界水从拟液态区向拟汽态区过渡的过程中,其导热系数、动力粘度、定压比热和膨胀系数等相关参数的变化规律特征。拟合得出了计算超临界水拟临界膨胀系数的计算公式。归纳了已有超临界水在临界区域的划分判定模型。在此分析基础上,完善了超临界水的三区分析判定模型,得到了新的超临界水在临界区域的判定划分数据。并由此拟合得到了新的超临界水分区边界计算关系式。其次,在已有实验数据的基础上建立了基于BP神经网络的超临界水传热系数和超临界水自然循环流量的预测模型。通过该预测模型,预测并分析了管径、流量、功率、压力等参数的变化对超临界水传热系数的影响情况。得到了在不同管径、高度差和入口温度条件下自然循环流动不稳定性起始点的三维分布云图。同时分析了已有传热恶化点功率计算公式的适用情况及误差分布情况。并对传热恶化点功率的计算公式进行了优化和改进,新建立起来的超临界水传热恶化点功率计算模型,综合考虑了流量、管径、压力和入口温度的影响,具有较小的平均相对偏差和平均绝对偏差。再次,运用数值分析软件,对加热功率在均匀分布和不均匀分布条件下超临界水自然循环的流动换热进行了模拟研究分析。当加热功率分布特征分别为均匀加热、功率递增、功率递减和正弦型分布时,分析了在不同的加热功率分布条件下时,其不同的换热条件对自然循环流量影响的变化特点。最后,对超临界水中含有细颗粒物时,其在管道中运动沉积的规律情况进行了模拟计算研究。研究了加热功率、入口温度、入口速度、平均颗粒直径、不同管道间加热的不对称度等参数对超临界水中细颗粒的影响变化情况。研究结果表明:随着入口温度的升高,颗粒物沉积浓度的峰值逐渐向管道入口段靠近;随着入口流速的升高,颗粒物浓度沿管道方向分布的峰值逐步向管道出口部分移动;管道的加热作用,对于颗粒物的浓度降低和沉积具有一定的抑制作用。综上所述,将不同研究方法计算得到的结果进行了对比分析和验证。得出在超临界自然循环系统中压力突然变化之后,流动稳定性的转变特征。得出在超临界压力下,当管道受到热阻力和热绕流作用影响之后,流体中所经历的热加速驱动和热阻力驱动等不同阶段的变化特征。同时得到了超临界水中细颗粒物质受热后,在管道的后段部分会受到颗粒物再移除作用的运动沉积机理影响。