反应堆系统内压力波传播将造成水力学载荷问题，压力波传播的精确模拟对结构载荷分析而言尤为重要。系统分析程序（RELAP5、TRACE等）被广泛应用于反应堆压力波传播模拟，但系统分析程序通常只能处理压力波单向一维传播行为，为应对压力波多向多维传播问题，本文就汽水两相流中存在的压力波二维传播行为，开展了相关模型与算法研究。具体采用了二维轴对称圆柱坐标系，考虑了汽水两相非平衡态相变传热、传质行为，偏微分方程求解使用了时间步分割四步算法，开发了程序代码TPFPWPC-2D。采用典型汽、水两相激波管基准例题开展了程序验证，结果符合较好。为考查程序处理压力波二维传播的能力，对圆柱体空间区域内的压力波传播行为进行了数值模拟，结果显示该程序捕捉到了压力波的二维传播特性，尤其是压力波的反射与叠加特性。

低温应用的大功率器件需要设计高冷却效率的液冷室结构。采用计算流体动力学（CFD）方法模拟了以液氮-氮气两相流为制冷剂的空腔结构、微通道结构和扰流柱结构的流动与传热过程。结果表明，相比于空腔结构和微槽道结构，扰流柱结构具有较好的换热能力。圆形扰流柱易发展45°方向支流，而方形扰流柱结构有利于垂直方向流速均匀化。相较于平行排布，扰流柱交错排列时圆形和方形扰流柱结构中流速分布更为均匀。对比对流换热系数发现，交错排布优于平行排布，方形扰流柱优于圆形扰流柱。换热效果最好的结构为交错排布的2 mm方形扰流柱，对流换热系数为4223 W/(m²·K)，较空腔结构提高125.83%。采用上述结构进行测试验证，在107.6 W加热功率工况下冷头测温点温度与相同功率下仿真结果有较好的对应性。

针对已有单波长方法测量小通道竖直上升气液两相气泡流相分布参数误差较大的问题，提出了用双波长透射法进行测量研究。通过几何光学原理计算双波长激光经过气液两相流的光强分布，然后提取双波长光强分布特征量，建立了一种基于双波长测量理论的气泡流相分布参数识别模型。利用Trace Pro模拟445 nm、635 nm的激光经过位于管道截面不同位置处的不同尺寸气泡时，得到相应光强分布曲线并提取出特征量，使用仿真得到的特征量数据集对神经网络进行训练，将训练好的神经网络用来预测实验中气泡流的相分布。仿真实验结果表明，建立的模型对气泡中心位置、半径预测的平均绝对误差分别为0.018 mm、0.007 mm，均优于单波长方法，证明了所建模型的有效性和准确性。在搭建的实验平台进行了气泡流测量，重建了气泡流的三维图。

针对两相流颗粒运动速度测量及基于互相关原理设计了双光路激光测速系统。采用搭建的变频电机带动绕丝产生已知旋转线速度的装置开展光学互相关测速验证实验。通过测量绕丝经双光路激光的光强衰减信号，再对两路信号进行互相关分析，从而得到测点绕丝旋转线速度。以电机转速计算的测点绕丝线速度作为参考值进行测量精度验证，得到光学互相关测速方法的测量相对误差在6%以内，验证了光学互相关测速方法的准确性。

采用激光驱动技术模拟高速运动金属颗粒与气体相互作用过程，研究高速气固两相流输运过程。采用驱动靶优化设计、激光参数调节等方法对颗粒加速过程进行控制，利用高时空分辨率、高精度瞬态实验诊断技术获取高速颗粒瞬态物理图像。通过求解三维雷诺平均Navier-Stokes方程和刚体飞行六自由度动力学方程数值模拟高速单颗粒与气体混合过程，方程采用高斯?赛德尔隐式方法进行时间推进求解。研究表明，激光驱动方法能够有效地发射金属颗粒，阴影照相技术能够有效获取高速颗粒物理图像。数值模拟给出了高速颗粒与气体作用的流场参数。