本发明涉及发动机燃烧传热测试设备领域，一种定容热流密度测量装置，包括模拟壁面装置和封堵部件，模拟壁面装置为杯状结构，且杯状结构内部具有分隔结构，封堵部件覆盖安装在模拟壁面装置的杯口处；分隔结构将杯状结构的内部分隔成2个对称设置且相互独立的腔体，模拟壁面装置背向封堵部件一侧对应2个腔体处均设置热电偶热通量传感器；封堵部件对应2个腔体处均设置与腔体内部连通的冷却介质循环孔道。本发明还提出使用上述定容热流密度测量装置的定容热流密度测量系统、以及该系统的控制方法。本装置及系统可在同一次实验下同时测量有隔热涂层和无隔热涂层时的热流量，也可保证热流量的单一流向，降低实验误差，简化实验方案，缩减实验时间。