本发明公开了一种开式低温气体工质换热实验系统及实验方法，该实验系统包括供气子系统、实验段子系统、预冷子系统、抽真空子系统、水冷换热器、背压阀和阻火器。供气子系统提供所需流量、压力的实验气体；实验段子系统可开展不同功率条件下低温气体在不同结构材料实验段内的换热实验；预冷子系统用以冷却实验段入口气体温度；抽真空子系统主要为真空腔提供真空环境，减少热损失、避免实验段氧化。本发明实验系统采用液氮进行预冷、直流电源供电，可进行多种气体在低温条件下的对流换热特性实验。