球床模块式高温气冷堆（HTR-PM）在乏燃料的暂存与中间贮存阶段均采用干式贮存冷却方案。暂存阶段乏燃料余热功率较高,需采用强制通风冷却,中间贮存阶段余热功率较低,采用自然通风冷却。研究乏燃料干式贮存冷却系统在正常运行工况下的余热排出特性与风机失效时的事故进程,对于验证设计基准、评价事故工况下的安全特性具有重要意义。干式贮存冷却系统是多尺度多物理场耦合的瞬态通风系统,其瞬态过程分析也为大尺度通风系统的模拟提供一种新思路。本文首先根据干式贮存系统的特点,建立了多尺度耦合的单相瞬态流动模型与共轭传热耦合辐射换热的瞬时固体传热模型。采用CFD方法研究贮存系统小尺度上的局部阻力特性与传热特性,在粗网格上实现瞬态过程计算,通过传递函数实现小尺度与大尺度的单向耦合。将竖井固体区域分层,独立求解每层的共轭传热耦合辐射换热的过程。其次研究瞬态分析模型的求解方法,并开发了瞬态分析程序TAC-DS。通过有限积分法将流动与传热方程在空间上离散,采用半隐格式处理对流传热,将通风流动与固体传热分离求解。流动离散方程采用半隐格式,使用压力修正方法转换为线性代数方程组并求解。固体传热离散方程也采用半隐格式,使用牛顿迭代法直接求解非线性方程组。将模型与上述求解方法以计算机程序的形式固化,开发了瞬态分析程序TAC-DS,并根据实验数据与CFD模拟对模型与程序进行验证。应用TAC-DS程序,分别研究HTR-PM乏燃料缓冲贮存区与中间贮存区在多种运行工况下的余热排出特性,得到了稳态情况下各竖井的流量分布、温度分布,以及风机失效事故后自然通风的建立与固体温升过程等信息。结果表明,缓冲贮存区与中间贮存区在正常工况与风机失效事故工况下均能有效排出余热,保证竖井内固体结构温度低于材料的安全温度限值。研究了贮存区存放贮罐数量、环境温度和固体表面热发射率对余热排出特性的影响,拓展了研究结果的适用范围。最后将瞬态分析模型与TAC-DS程序扩展并应用于单相多组分流动换热,并以公路隧道火灾为例,分析火灾事故情况下的烟气扩散特性。表明瞬态分析模型不仅适用于高温堆乏燃料干式贮存冷却系统,还可以应用于建筑通风系统气相组分扩散等相关领域的研究。