液氮等低温液体的饱和温度远低于室温,且其汽化潜热小,由于漏热等原因易发生沸腾。与水、甲醇等常规液体沸腾实验相比,低温液体沸腾实验由于设有为减少环境漏热影响而添加的杜瓦等设备使得装置结构更为复杂,观测过程也更加困难。虽然常温液体沸腾研究成果通常可以扩展到低温液体,但其中涉及一些经验参数的适用性还有待验证。核态沸腾中的高热流密度区域,温差小并伴随大换热系数,换热效果明显优于其他区域;而且由于该区域气泡大量产生、合并,流场和温度场极为复杂,目前研究还存在许多问题。在此背景下,本文对低温液体高热流密度沸腾开展了实验观测及传热模型改进的研究。本文首先对高热流密度沸腾时厚液层的蒸发过程进行分析,研究厚液层蒸发传热模型及其相关参数,发现常规液体的经验公式或其中的某些相关参数对液氮的适用性值得进行针对性的验证。在此基础上,根据液氮及测量对象的特点,在综合分析文献中的主要实验测量手段后,决定采用可视化技术和控制热流方法对沸腾表面进行观测,设计并搭建了实验台。通过实验获得传热模型中的高热流密度沸腾区起点、合体气泡脱离频率、临界热流密度等参数,讨论了沸腾表面材料和表面直径对临界热流密度及其对应过热度的影响规律。基于厚液层传热模型,结合本文的实验结果,推算出了厚液层初始厚度和活化核心密度,进而分析了表面材料对活化核心密度的影响方式。将实验中获得的各参数与厚液层传热模型的基本方程相结合,建立起较完整的液氮高热流密度区沸腾传热模型。采用该模型对液氮中高热流密度沸腾过程进行模拟分析,计算结果与实验值基本上都能够很好地吻合。