棒状燃料组件是目前商用压水反应堆的核心，其性能直接关系到反应堆的运行与安全。受海洋条件影响或堆芯失流工况下的反应堆回路会出现剧烈的流量波动。流量波动使得燃料组件内阻力特性、流场结构和换热特性处于瞬态波动，威胁着核反应堆的反应性控制与热工安全。因此，研究流量波动条件下燃料组件的流动换热特性具有重要的基础研究价值和工程应用背景。本文采用理论分析、实验测量和数值模拟对流量波动条件下燃料组件的棒束通道摩擦阻力特性、定位格架局部阻力特性、流场时空演变和换热特性等开展了研究。
　　流量波动条件会引起堆芯燃料组件内流动特性偏离定常流动工况，因此流量波动对流动传热特性引入附加贡献的研究对燃料组件瞬态热工水力分析至关重要。针对流量波动下燃料组件瞬态阻力特性开展了理论分析和实验研究。以定常流动下燃料组件内流动阻力特性为基准，获得不同流量波动参数对瞬态阻力特性的影响规律，结合瞬时流场分布和湍流特性，发现加/减速流动改变了燃料组件内流层之间摩擦切应力和湍流切应力，确定了影响流量波动与定常流动下阻力压降偏差的主导因素，揭示了加/减速流动对棒束摩阻压降和定位格架局部阻力压降的作用机理。流量波动下棒束通道内流态转捩特性研究表明，流态转捩受流量波动影响明显，加速流动导致层流-湍流转捩延迟发生，减速流动导致湍流-层流转变提前发生。系统研究了脉动流下燃料组件内相位差变化规律，探究了定位格架对脉动流相位差的作用机理。分析了流量脉动参数(脉动频率、脉动振幅、时均雷诺数)对棒束摩擦阻力及定位格架的局部阻力的影响程度，考虑了上述影响建立脉动流下棒束通道内单相流动阻力计算关系式。
　　基于连续粒子图像测速技术，结合远心镜头和脉冲控制器，实现对燃料组件内复杂流场的高时空分辨率的、长时间的连续测量，获得了流量波动下燃料组件内时空演变的流场结构，分析了棒束通道内及定位格架下游速度分布、湍流强度、雷诺应力等瞬时流场信息的空间演变特性。以定常流动下流场分布特性为基准，对比分析加速度对燃料组件内空间流场分布的贡献特点，发现加速流动提高了棒束通道内流层之间速度梯度，抑制了横向速度和湍流强度；减速流动减弱了棒束通道内流场之间速度梯度，提高了横向速度和湍流强度。根据加/减速流动下棒束通道内流场特性，揭示了加/减速流动对流态转捩现象作用机理。开展了脉动流下燃料组件内流场演变特性研究，分析了流量脉动参数对棒束通道及定位格架下游时均流场的影响，揭示了流量波动参数对燃料流动阻力特性的作用机理。
　　流量波动导致燃料组件内流动阻力和流场分布偏离定常流动，进而引起燃料组件内的换热特性变化。以简谐正弦变化的压力梯度为边界条件，通过分离变量法，求解了脉动层流速度、温度分布理论解，得到了脉动流下不同流层速度和温度的波动特性。开展了流量波动下燃料组件内换热特性实验研究，获得了不同流量波动参数下燃料组件内不同位置处壁温、热流密度、换热系数的波动规律，根据燃料组件内瞬时流场分布，揭示了流量波动下换热参数波动机理。开展了流量波动下定位格架瞬时换热特性研究，研究表明流量波动条件对燃料组件性在低雷诺数下的换热特性影响明显，加速流动导致定位格架的瞬时换热性能能力大于定常流动，减速流动导致瞬时换热系数小于定常流动；在高雷诺数的湍流状态下流量波动对换热特性影响较弱。