在高温气冷堆中,反应堆舱室冷却系统被用于载出舱室中的热量以及堆芯中的衰变热,对于确保反应堆的安全起着非常重要的作用。在系统进行热量载出时,反应堆舱室中的传热过程是十分关键的环节,系统的整体载热特性与反应堆舱室中的局部传热过程之间存在着相互影响的关系。因此,同时研究系统的整体载热特性以及舱室中的局部传热过程就显得特别重要。本文建立了用于模拟舱室中局部传热过程的三维数值计算模型,并通过该模型模拟了五种实验工况下舱室中的局部传热过程。计算结果与实验结果符合较好,证明了三维数值计算模型的准确性。此外,还建立了用于计算系统整体载热特性的一维瞬态分析模型,并开发出了所对应的一维瞬态分析程序。通过该程序,计算了系统在HTR-10启堆过程中的瞬态特性。计算结果与实验结果符合较好,证明了一维瞬态分析模型的准确性以及程序化方法的可行性。通过将所建立的三维数值计算模型和一维瞬态分析模型进行耦合,建立了可以同时计算系统整体载热特性以及舱室中局部传热过程的多尺度耦合瞬态分析模型,并对该模型进行了程序化。针对耦合模型在计算时由于连续性不好所导致的计算偏差过大问题,提出了区域重叠子程序迭代法,有效降低了计算偏差,该方法特别适用于含有闭合自然循环回路的耦合模型的建立及程序化。基于所建立的多尺度耦合瞬态分析模型,分别计算和分析了在反应堆正常运行和事故工况下系统整体载热特性以及舱室中局部传热过程的变化。计算结果与实验结果符合较好,证明了耦合模型的准确性以及区域重叠子程序迭代法的可行性。计算结果表明,反应堆舱室冷却系统可以有效地将堆芯中的热量载出,证明了两套子系统冗余设计的合理性,以及事故工况下系统载热能力的可靠性。同时,还分别计算了水冷壁结构和空冷塔高度对系统载热能力的影响,并提出了间隔式水冷壁的设计方案,使水冷壁上的传热过程得到了优化,系统的载热能力得到了提高。通过本文的研究,为高温气冷堆反应堆舱室冷却系统的理论研究和工程应用提供了新的工具和方法,对于指导反应堆舱室冷却系统的工程设计、优化、运行和理论分析具有重要的价值和意义。