自然循环系统作为一种典型的非能动系统,可以提高核动力装置的固有安全性,被应用于先进核动力反应堆系统。但是,受限于核动力装置较小的可布置空间,自然循环系统的驱动压头一般较小,在摇摆条件的影响下,系统的热工水力特性会发生改变,影响系统的运行特性。本文以实验结合数值模拟和理论分析的方法,开展了摇摆条件下自然循环系统特性的研究。开展了摇摆对窄矩形通道的单相流动与传热特性影响的实验研究,得到了流量与摩擦压降间的相位关系,瞬时和时均的摩擦阻力和传热特性。在此基础上,结合自主开发的系统分析程序的计算结果和理论分析结果,指出参数间的非线性关系是导致摇摆条件下时均摩擦阻力和传热特性发生变化的主要影响机制。通过FLUENT软件研究了摇摆条件下矩形通道内的瞬时径向速度分布和温度分布,结合实验结果与系统分析程序的计算结果的对比分析,得到了摇摆运动对瞬时摩擦阻力和传热特性的影响机制。开展了摇摆对单相自然循环的系统特性影响的实验研究,得到了摇摆参数对流量和温度波动的影响规律。在此基础上,结合系统分析程序的计算结果,得到了流量和温度波动特性的主要机制。并结合理论分析结果,得到了摇摆对时均流量、流量峰值和谷值的影响机理。指出时均流量下降,及流量峰值与谷值变化幅度的不一致,主要是流量与阻力压降间的超线性关系引起的。同时指出,转捩点处换热特性的变化是引起温度波动曲线出现多峰的主要原因。在对摇摆启动过程参数变化特性分析的基础上,提出了可用于预测摇摆启动过程中参数变化的经验模型。利用实验数据验证了系统分析程序计算结果的可靠性,在此基础上,利用该程序对摇摆条件和单相自然循环工况下,窄矩形通道内和绝热段内的轴向温度分布进行了研究。结果表明:定热流条件下,若周期内的瞬时流量始终大于零,加热区内的流体温度分布近似线性变化。存在一个极限长度,距加热区出口的距离超过该长度后,绝热段内的温度趋于均匀分布。通过理论推导的方法,从动量守恒方程出发,提出了可预测摇摆条件下流量峰值和谷值的后验模型。在此基础上,结合摇摆运动对自然循环系统特性影响的研究结果,合理的简化了后验模型,获得了可预测流量峰值和谷值的先验模型。然后利用实验结果,验证了该模型预测结果的可靠性。开展了摇摆对窄矩形通道内发生高欠热沸腾时流动与传热特性影响的实验研究,通过与系统分析程序的计算结果对比,获得了瞬时摩擦阻力特性和传热特性。指出竖直工况下的计算方法,可以用于预测摇摆条件下发生高欠热沸腾时矩形通道内的瞬时摩擦压降。通过可视化实验研究方法,对竖直和摇摆条件下发生流动不稳定时流量变化机制进行了研究,结合系统分析程序的结果,得到了自然循环系统不同类型流动不稳定发生的机制。同时指出稳压器的气空间大小会对耦合压力降的流动不稳定的周期有着重要的影响,可以为闭式自然循环系统设计提供帮助。