在压水堆大破口失水事故中,为防止堆芯裸露燃料元件过热烧毁,需要向堆芯注入应急冷却水快速淹没堆芯。堆芯再淹没过程中,由于包壳表面温度过高,在冷却水与包壳之间会形成气膜,发生膜态沸腾换热。当包壳表面温度降至最小膜态沸腾温度以下时,冷却水才能再湿润高温表面进入过渡沸腾,从而显著提升换热能力。冷却水湿润高温表面的现象,决定了燃料棒表面的骤冷速率。在骤冷前沿下游的蒸汽冷却区域,夹带在蒸汽中的液滴撞击包壳壁面可以显著改善裸露区域的换热,降低燃料包壳峰值温度。事故容错燃料包壳具有优良的抗氧化能力,能够抑制高温条件下包壳与冷却水的释能产氢反应,提高反应堆耐受瞬态和事故工况的能力。然而,事故容错燃料包壳对事故工况下传热特性的影响研究仍然处于起步阶段。本文针对失水事故堆芯再淹没过程的骤冷以及液滴撞击冷却两个关键物理现象,开展碳化硅和铁铬铝等事故容错燃料包壳表面沸腾传热实验研究。针对再淹没过程的骤冷现象,本文对比研究了事故容错燃料包壳铁铬铝和锆-4的骤冷行为,分析了过冷度、表面氧化、粗糙度和固体热物性等不同参数对骤冷过程沸腾传热的影响。采用高速相机对试样表面的骤冷行为进行可视化研究,同时通过内置热电偶记录铁铬铝和锆-4骤冷过程的冷却曲线。基于导热反问题计算,得到了试验本体表面的沸腾曲线,并根据最小热流密度准则确定了最小膜态沸腾温度。过冷度的增大导致试样表面的气膜厚度减小,膜态沸腾换热系数随之增大;较薄的气膜厚度使得气膜更容易坍塌,因而大过冷度条件下的最小膜态沸腾温度更高。由于铁铬铝优异的抗氧化性能,骤冷过程并没有使其表面形成明显的氧化层。因而,铁铬铝表面沸腾曲线的可重复性更好。粗糙度的增大使得骤冷前沿附近的沸腾更加剧烈,产生大量的蒸汽进入气膜,使气膜更加稳定。因而,较大粗糙度的表面骤冷时间更长,最小膜态沸腾温度更小。与锆-4相比,铁铬铝的固体热物性增大,其骤冷时间能增大100%,最小膜态沸腾温度减小。综合以上因素的影响,提出了膜态沸腾换热关系式和最小膜态沸腾温度关系式。针对液滴碰撞冷却现象,本文研究了液滴撞击冷却碳化硅、铁铬铝以及锆-4表面的行为,分析了Weber数、粗糙度、表面氧化以及固体热物性等参数对液滴碰撞传热的影响。基于高速相机的可视化结果,根据沸腾现象将液滴与加热表面的碰撞行为分为沉积,带二次液滴散射的反弹,带二次液滴散射的碎化,反弹以及碎化五种方式,并依据此分类对各种材料表面绘制了液滴碰撞相图。实验发现,随着Weber数的增大,液滴最大铺展直径增大,液滴Leidenfrost温度增大。对比不同粗糙度的碳化硅表面的液滴碰撞相图发现,液滴碎化的临界Weber数和Leidenfrost温度随着粗糙度的增大而减小。腐蚀后铁铬铝的表面覆盖着一层氧化物颗粒,使得腐蚀后铁铬铝表面的液滴Leidenfrost温度显著增大。与锆-4相比,铁铬铝和烧结碳化硅的固体热物性kρcp依次增大,液滴Leidenfrost温度能降低高达160℃。本文基于液滴碰撞过程中的能量平衡,开发了液滴最大铺展直径模型。基于液体的均相核化理论,开发了液滴Leidenfrost温度的关系式。综上所述,本文开展的事故容错燃料包壳骤冷实验以及液滴碰撞冷却实验研究,弥补了事故容错燃料包壳在事故工况下热工水力性能研究的不足。此外,本文提出的最小膜态沸腾温度以及Leidenfrost温度模型,对于膜态沸腾的认识以及改善系统程序事故安全分析的准确性具有一定的参考价值。