一种大型核反应堆熔融池自然对流换热试验系统及方法,该系统包括大型熔融池自然对流换热试验件,提供高温熔融物的熔盐加热炉,与试验件和熔盐炉连接的氮气源,以及冷却水回路;试验系统还包括配套的配电设备、仪控设备和数据测量采集设备;冷却水回路中,离心水泵驱动冷却水箱里的水通过试验件的冷却通道带走衰变热源,被加热的冷却水通过板式换热器和冷却塔恢复到初始水温后再回到冷却水箱;直至熔融池温度达到稳态时试验结束,将试验件里的废液排入到废液池;本发明还提供了试验方法;本发明通过开展大型核反应堆熔融池自然对流换热试验,获得反应堆严重事故条件下的熔融池换热数据进行安全设计。