由于大型压水堆安全壳的自由体积比较大,具有较强的压力承载能力,一般被认为不存在整体氢气风险,但是安全壳内部构造复杂,氢气容易在局部空间内积聚、燃烧甚至爆炸。因此,安全壳内存在局部氢气风险的可能,这容易引起更为严重的核电站事故。本文采用三维流体计算程序GASFLOW建立了 AP1000核电站安全壳模型,研究了 AP1000核电站发生LOCA时(破口位于1#蒸汽发生器隔间的冷管段)安全壳内氢气的输运和分布行为,同时分析了非能动安全壳冷却系统(PCCS)运行对安全壳内氢气的输运和分布行为影响,最后基于氢气输运和分布的缩比方法对相关现象进行了试验验证。通过对氢气的输运和分布行为的研究表明:1、破口隔间、破口隔间的上空,氢气的浓度普遍较高,且破口隔间内的最大,存在“积聚”现象。2、稳压器隔间和2#蒸汽发生器隔间,由于其上部空间的高氢气浓度的混合气体向下“回流”,并流入以上隔间,氢气浓度分层严重。相比于以上空间,安全壳的上部空间氢气的浓度趋于“均一化”,分层较弱。3、在氢气释放速率高的时段(此时水蒸气含量低),射流流体与周围流体存在较大的密度差,而氢气密度小,容易被阻尼而减速,在热扩散的作用下流体容易向径向方向运动。通过分析安全壳内气体组分和水蒸气富集层高度,研究了 PCCS对氢气行为的影响。研究结果表明:1、高浓度的水蒸气虽然能够从整体上抑制安全壳内氢气的浓度,但会使氢气在发生破口的隔间内“积聚”,在射流体中氢气含量高的情形下更明显。射流流体在上升的过程中,安全壳内高水蒸气浓度会减缓氢气上升,有利于径向混合,使得安全壳上部自由空间的氢气分布更均匀,不易出现分层。2、水蒸气富集层的高度对氢气的分布和输运存的影响主要体现在射流体附近空间和水蒸气富集层底部附近的“积聚”现象。试验研究则通过分析混合注入阶段安全壳内温度场的演变和氦气(代替氢气)浓度的分布,从试验角度很好地验证了“积聚”、“回流”、“分层”,“均一化”的现象。