铅基合金具有良好的热工水力学和中子学性能,被用作第四代反应堆等先进核能系统的冷却剂。铅基合金流场是先进反应堆热工水力学与关键部件设计、材料腐蚀等问题研究的重要参数。目前超声多普勒测速(UDV)被认为是高温液态金属流场测量最有潜力的一种方法。根据超声波传播特性与已有流场测量实验研究结果,声压会对流体产生扰动,示踪粒子流动跟随性、超声散射特性及浓度特性等严重影响流场测量。本论文针对这些影响因素系统地开展了理论与实验研究,主要结论为:(1)通过多场耦合方法分析了声压引起的流体扰动影响规律。声压扰动在超声近场区存在较大波动(3～28 mm/s),在超声远场区随传播距离增大逐渐减小,且扰动影响随激发电压增大而增大,随流体声阻增大而减小。背衬厚度对扰动影响较小,当背衬厚度为8 mm、激发电压为36 V时铅秘流体内产生了 28 mm/s的扰动,对瞬态流场及湍流脉动特性造成较大干扰。(2)理论分析和实验研究了示踪粒子跟随性、超声散射特性及粒子浓度对流速测量影响规律。流动跟随性η随粒子与流体密度比ppp/pf、粒径dp增大而降低,导致测得粒子速度与流速存在较大差异;超声散射特性σs随dp和pp/pf的增大而增大,进而提升反射回波强度和测量信噪比。本文选取dp=40 μm的Polyamide粒子开展其浓度特性影响实验研究,结果表明粒子浓度n<12/mm3时与雷诺数耦合影响流场测量准确性,当粒子浓度n≥12/mm3时对测量结果无影响,据此确定测速仪的散射特征参数阈值δ0如=σsn=4.8×10-3。因此,为获得较好的测量结果,示踪粒子选取通常需满足0.99≤η≤1.01,散射特征参数(δ=σsn≥4.8x10-3。(3)开展了复杂一维与二维涡流场测量实验与数值分析,结果表明:直径区间上一维流场呈良好的中心对称分布,实验结果与数值模拟结果相对偏差优于15%,二者吻合良好;此外,通过对比实验测量与数值模拟获得的二维矢量分布图及云图发现,在被测区域高流速与低流速位置基本相同、叶轮以上涡心位置在(r=95 mm,h=150 mm)附近、叶轮以上涡旋为逆时针方向而叶轮以下部分为顺时针方向,这表明实验测量与数值模拟结果吻合良好。基于对声压振动和示踪粒子影响研究,为UDV测量误差分析与实验条件优化提供了重要依据,从源头上确保了测量的准确性。通过对复杂流态下流场测量的验证,为开展热工水力学研究等工程应用奠定了坚实的基础。