临界热流密度（CHF）与核反应堆的运行安全密切相关,其对反应堆堆芯内燃料组件的结构设计优化和热工水力现象研究有至关重要的影响。为提高反应堆燃料组件的换热效率,有必要准确地计算燃料组件中的两相流动特性和CHF值。与单相流动相比,流动沸腾过程中气液界面存在质量、动量及能量的传递。除去常规的湍流模型和网格模型外,还需对气泡的产生、脱离、聚合及冷凝等过程进行建模,气相与液相间的相互作用需要各种相间作用力来表征。此外,需借助壁面沸腾模型对加热面热流密度的分配进行描述,其中又包含多个经验性较强的辅助模型。准确模拟流动沸腾现象需对数值计算中的众多子模型进行深入研究。本文按照几何结构的复杂程度、有无考虑相变、是否预测临界热流密度等方面对国内外研究现状进行了综述。在文献调研与分析的基础上,针对现有研究的不足,以准确预测压水堆燃料组件棒束通道中的临界热流密度为目标,开展本文的研究工作。首先,针对上述研究目标,对管内过冷流动沸腾现象开展数值模拟研究。根据轴向壁面温度、主流温度及空泡份额分布对网格模型、湍流模型、壁面沸腾模型及相间作用力模型进行参数敏感性分析。给出适用于两相流动沸腾CFD模拟的推荐模型及参数设置。其次,随着热流密度的增加,流动发展至沸腾临界时模型是否依然可用尚未确认。因此,针对水和R134a两种工质,在接近压水堆工作压力的高压工况下垂直上升圆管和带格架单棒通道内开展两相流动沸腾模拟研究,验证数值模型在沸腾临界时的适用性并对各工况下的CHF值进行预测。计算结果表明,以水为工质的垂直上升圆管CHF预测值平均偏差小于11%,以R134a为工质的单棒通道CHF预测值平均偏差小于8%。本研究所采用的辅助模型组合和基于沸腾曲线来预测复杂结构CHF值的方法具有良好应用前景。最后,进一步对含定位格架的5×5规模棒束通道内两相流动及沸腾临界现象进行探究。除预测各工况下棒束通道CHF值外,提出了确定CHF发生位置的方法。结果显示CHF预测值平均偏差小于16%,沸腾临界发生位置的平均偏差小于10%。本文所采用的数值模型能较好的预测复杂结构中CHF值及其发生位置。本研究可为反应堆燃料组件热工水力特性分析提供技术支撑。