在受到风浪等影响的海上核动力系统与出现流动不稳定性的热工回路中,都会产生流量波动,这使得热工水力特性与稳态流动条件下有所不同。热工水力特性中的沸腾起始点用来判断流体是否发生了沸腾,而沸腾换热特性直接影响着设备的性能与安全,二者均是过冷沸腾研究的关键问题,因此,本文针对流量波动条件下的过冷沸腾起始点与换热特性,采用理论、数值模拟与实验相结合的方法,对流量波动条件下加热通道内流体由单相到两相的过程进行了研究。单相换热中研究了流量波动导致的参数波动、流态变化及换热特性的改变。采用分离变量法与格林函数法,求解了考虑壁面蓄热情况下层流流动换热理论解,表明壁面蓄热、流量波动周期与幅度、普朗特数是影响温度、热流密度与努塞尔数等参数波动的因素,并分析了各参数的影响程度。换热实验结果显示流态转捩受流量波动的影响,且流态转捩会引起换热系数的较大变化,使壁温的归一化波动幅度发生变化。另外,流态转捩会导致流量波动条件下的平均换热系数与稳态流动条件下不同。由孔穴核化理论得到了核化气泡临界半径和不同沸腾起始限制条件下的热流密度,其中核化气泡临界半径与受过热度限制的沸腾起始点热流密度为壁面过热度的函数,受加热面孔穴尺寸限制的沸腾起始点热流密度为加热面孔穴尺寸、流体过冷度及换热系数的函数。通过联立对流换热关系式,获得了流体过冷度、换热系数及压力等参数对核化工况的影响规律,发现沸腾起始所受的限制条件会随着压力、换热系数与流体过冷度的变化而转变。基于自洽的热力学理论,获得了沸腾起始点热流密度及气泡临界半径与壁面过热度、换热系数、流体过冷度等参数的关系,所得结果与孔穴核化理论进行了对比。基于吉布斯自由能核化准则,建立了源于不溶性气泡的热力学核化模型,分析了核化过程中能量变化的特征和主导因素。对不溶性气泡、线应力、壁温、温度梯度及表面张力等参数对核化能量势垒与气泡临界半径的影响进行了分析。基于稳态沸腾核化理论,通过评估流量波动所带来的影响,建立了流量波动条件下沸腾核化的分析方法,揭示了参数波动对沸腾起始点过热度影响的机理。分析了壁温波动、换热系数及流体过冷度对沸腾起始点过热度的影响规律,归纳出了壁温波动对沸腾起始点过热度影响相对较大的工况。实验结果与理论预测趋势一致,但实验中流量波动的影响程度比理论值略大。另外,当流量波动引起的流态转捩使换热系数变化时,沸腾起始点壁面过热度也会变化。对流量波动条件下的过冷沸腾进行了可视化与换热实验研究。结果表明流量波动条件下的热工参数改变会对气泡的最大直径、运动形式等产生影响,但气泡生长与冷凝仍满足Zuber或Akiyama关系。实验段表面的微观结构使得沸腾起始点过热度较高,在过冷度也较高情况下,气泡的冷凝与生长过程相互影响会引起气液界面的失稳,随之发生复合松弛不稳定性与声波不稳定性。考虑低流速与加热表面核化特性的影响,对对流换热系数与池式沸腾换热系数进行了修正,所得Liu-Winterton关系式预测效果较好。在流量波动引发间歇沸腾时,平均换热系数与稳态流动下会存在显著差异,基于单相与两相叠加的思想,提出了此种情况下平均换热系数的计算方法,计算结果与实验值符合较好。