李 颖，侯丽强，杨 帆，曹学武，*

(1.上海交通大学 机械与动力工程学院，上海 200240;2.中国核动力研究设计院 核反应堆系统设计技术重点实验室，四川 成都 610041)

自福岛核事故发生以来，核电厂氢气风险一直是国内外研究热点。除堆芯熔化导致的锆水反应会产生大量氢气并引发爆炸风险外，乏燃料水池也存在由冷却系统冷却能力丧失导致乏燃料组件裸露并引起锆水反应的风险，而乏燃料组件熔化后形成的熔融物流入乏燃料水池底部，也可能发生MCCI并产生氢气[1]。除此以外，氢能由于其清洁、储运方便、利用率高等优点，在能源与化工领域具有重要应用前景。而在氢气制取、储运的过程中，储存容器材料长时间与氢气接触会产生氢脆现象，并导致氢气泄漏风险[2,3]。因此，开发氢气迁移扩散模型对于能源安全具有重要意义。

本文在借鉴现有研究的基础上，考虑氢气扩散过程中夹带现象及空气阻力的影响，建立大空间内氢气自源项释放后，迁移上升扩散的二维数学模型，并结合典型实验数据验证了理论模型的可靠性，为氢气风险的评估提供支持。

1 计算模型

1.1 控制方程

在二维圆柱坐标下，忽略温差，单组分氢气自容器下部中心注入充满空气的密闭空间后，在空间内的迁移扩散可以由以下方程描述，定义竖直向上为z方向。

连续性方程：

(1)

z方向动量方程：

(2)

组分方程：

(3)

式中:u、v——分别为轴向速度和径向速度;

χ——氢气的质量份额;

ρ——混合物的密度;

ρa——空气密度;

τd——空气阻力。……