福岛核事故再次引起了核工业界对安全壳氢气安全的高度关注,严重事故工况下安全壳内氢气的积聚和分层现象,可能使大空间局部区域的氢气浓度达到甚至超过燃爆阈值,给安全壳的完整性带来了极大的挑战。因此,有必要对严重事故下安全壳内氢气迁移、扩散和分层的规律继续进行深入研究,发现氢气在安全壳内扩散的规律以及可能积聚的区域,从而为特定的消氢措施布置提供数据支持,降低氢气燃爆的可能性。核安全监管当局也对现有核电厂氢气三维CFD分析提出了明确的要求。本文针对安全壳大空间氢气迁移分布模拟装置,使用CFX程序进行氢气迁移与分层特性数值模拟研究。采用国外已完成实验THAI HM2,对程序模型的合理性进行了验证,分别开展网格敏感性分析和湍流模型适用性分析,通过计算结果与实验数据的对比,结果表明k-ε湍流模型的计算值与实验值偏差最小,适合于安全壳氢气扩散分布的研究。随后,建立了非能动压水堆安全壳实验装置模型,采用基准工况+单因素对比的方式,研究不同动量和流量的浮力射流、不同喷射位置、不同喷射方向、水蒸气混合及壁面传热冷凝、蒸汽发生器隔间内喷射等因素对安全壳大空间内氦气（氢气）扩散和分层的影响,以及分层建立后蒸汽浮力射流与分层的相互作用、氦气云层浓度梯度对相互作用的影响等,分析了不同工况下氦气在安全壳大空间内流动扩散和分层的规律。分析结果表明,上述几种因素均会对氢气的扩散产生一定程度的影响,特别是考虑壁面传热和蒸汽凝结时,氦气会在自然对流的作用下,加速在空间的扩散,因而很难形成稳定的氦气分层,说明壁面冷却和蒸汽凝结对降低氦气空间积聚起到了积极的作用。当蒸汽浮力射流与氦气分层相互作用时,如果界面Fr远小于1时,射流基本无法入射到分层内部;而当界面Fr数接近1时,浮力射流其与分层的相互作用变得比较明显;当界面Fr数大于1时,随着相互作用的继续,分层逐渐被破坏。上述研究工作将为后续实验工况的确定和实验研究提供数据支持。