本发明公开了一种核电站死管段内可视化热工水力实验装置及方法，该装置包括可视化试验段，可视化试验段两端通过阀瓣模拟器以及封头封闭，模拟死管段管道；由加热棒与可控硅调功器组成加热系统，加热棒嵌入阀瓣模拟器中；可视化实验段上设置有截止阀、安全阀以及压差传感器，通过第截止阀控制可视化实验段内流体的流进流出，同时在可视化实验段上布置有热电偶；CCD相机位于可视化实验段侧方，与实验装置末端的片激光源构成了PIV系统，通过片激光源提供脉冲激光片光，通过CCD相机摄取曝光粒子图像，形成PIV实验图像；本发明还提供了该实验装置的实验方法，可以满足对死管道内流场及汽泡生长、脱离等热工水力现象研究的要求。