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临界热流密度（CHF）是与核反应堆经济性和安全性密切相关的重要参数。深入研究核反应堆内棒束通道中的沸腾传热与两相流动现象,并准确预测CHF值,对于改进设计,保证反应堆安全及提高反应堆整体功率水平具有重要意义。目前,反应堆内沸腾传热与两相流动研究主要有实验和数值模拟方法。实验研究着眼于两相流动的宏观特性、气泡运动和壁面传热的微观特性,可为理论模型提供验证数据。系统程序或子通道程序则使用两流体模型结合CHF表和CHF经验关系式模拟沸腾临界现象,实现反应堆系统宏观参数的快速计算。采用计算流体力学（CFD）方法能够计算分析堆芯内小尺度几何结构对流体流动传热性能的影响,可用于研究复杂结构内沸腾传热与两相流动现象,预测临界热流密度值。目前,含定位格架及搅混翼的棒束通道中流动和传热影响研究还存在不足,网格划分原则和湍流模型适用性尚未确定,运动和传热相关的辅助模型也无统一方案。因此,本文以垂直上升管道和棒束通道为研究对象,详细分析网格划分方案、湍流模型适用性、相间作用力模型、壁面沸腾模型关键参数计算方法以及固体结构对于沸腾临界现象的影响,进行沸腾传热与两相流动CFD计算。本文首先研究网格方案及湍流模型,以壁面附近第一层网格厚度为基准,进行网格划分,对比分析不同网格方案、湍流模型和壁面函数下的CFD计算结果,提出了可用于沸腾临界现象模拟的网格方案、湍流模型及壁面函数。研究表明,将壁面第一层网格布置在对数律层,保持近壁面PY（10）值在60以上,使用Realizable k-ε模型和标准壁面函数能准确预测沸腾临界温度飞升位置和温度峰值。其次,开展相间作用力模型应用研究。经过理论分析,本文针对垂直上升加热管过冷沸腾、沸腾临界和棒束通道过冷沸腾选择不同相间作用力模型,进行CFD计算,并与相应实验数据比较分析,提出了适用于棒束通道、高压条件、质量流速在10001500kg/m2s范围内的曳力、升力、壁面润滑力等相间作用力模型应用方案。在网格方案、湍流模型及相间作用力模型的研究基础上,提出沸腾传热与两相流动CFD分析的运动相关模型应用方案。再次,研究壁面沸腾模型关键参数计算方法。针对垂直上升加热管过冷沸腾、沸腾临界和棒束通道过冷沸腾,选择不同关键参数计算模型,进行CFD计算,并与对应实验数据比较分析,提出适用于棒束通道、沸腾临界CFD分析的汽化核心密度WN、汽泡脱离直径WD等关键参数模型应用方案,使用Unal汽泡脱离直径模型和Lemmert-Chawla汽化核心密度模型能够准确计算流动沸腾参数分布。同时,使用力平衡模型计算汽泡脱离直径,并应用在CFD模拟中。结果表明,过冷沸腾计算中,力平衡模型能准确预测壁面温度和平均空泡份额的轴向分布,但在沸腾临界实验中,壁面温度计算值比实验值偏高。针对力平衡模型中汽泡接触直径、接触角和摩擦速度等参数进一步分析,研究表明,汽泡接触直径降低,接触角减小,摩擦速度增大均会导致汽泡脱离直径变小,壁面过热度上升,流道平均空泡份额下降。最后,开展固体结构对沸腾临界现象的影响研究。以垂直上升管和棒束通道为对象,研究加热管壁或棒束包壳对于单相流动、过冷沸腾和沸腾临界CFD分析中传热性能的影响。结果表明,棒束包壳及其中周向导热会降低壁面温度峰值,CFD分析需按照实际加热方式进行热源边界设置。针对2×2棒束和5×5棒束,分析定位格架和搅混翼对沸腾临界现象的影响。研究表明,定位格架及搅混翼对主流具有阻碍作用,但所产生的流动扰动会降低加热壁面附近空泡份额,提高换热系数。沸腾临界温度峰值随定位格架数目增多而升高,搅混翼下游壁面附近汽泡也随搅混翼角度上升而增多。在上述对定位格架及搅混翼的研究基础上,提出沸腾临界实验实施策略和温度测点布置方案,以获得准确临界热流密度。综合使用网格方案、运动相关模型应用方案、壁面沸腾模型及关键参数模型应用方案,对棒束通道沸腾临界实验进行CFD模拟,计算不同边界条件下的临界热流密度值,并与对应实验值进行比较,相对误差在20%左右,证明方案适用于棒束通道沸腾临界CFD计算,为未来临界热流密度实验及计算、定位格架及搅混翼流动传热性能分析提供参考。