热混合与分层现象经常出现在事故后的非能动安全壳冷却系统(PCCS)中,而这种热分层现象会阻碍自然循环的建立,这就会给主要依靠自然循环带走热量的非能动安全壳带来安全问题,所以需要对热分层现象进行研究。如果能够准确预测出事故后安全壳内的温度、浓度等分布,将对反应堆的优化设计和事故分析非常重要。目前重要的反应堆系统分析软件,如TRAC、WGOTHIC等,主要采用集总参数法,计算得到的结果偏于保守,而CFD(计算流体力学)软件需要划分大量的网格,从而使得计算时间过长。通过比例分析,伯克利大学的Peterson教授给出了可用于计算具有热分层特点的流体传热过程的一维微分方程,这种新型模型相比于三维计算流体力学方法得到了极大的简化。本文对于大型腔体内传热问题,采用了一种基于热分层现象的新型程序,不需要对进行复杂的网格划分,便可快速计算出流体温度、浓度等分布情况。但此程序只能模拟横截面积为定值的方形腔体或圆柱体,无法模拟安全壳这种带有穹顶的圆柱体,故需要结合非能动安全壳的特点对程序模型进行修改,从而得到可近似模拟安全壳的新型程序。同时,利用小尺寸安全壳台架进行多组不同工况下空气喷射实验,实验采用单一变量法研究五种不同因素对壳体内空间温度、流场流速等重要参数变化情况,根据实验结果分析得出：安全壳内温度场基本分成两个部分,一个温度逐步上升的变化区域和一个是温度趋于不变的稳定区域。程序采用不同于以往的边界条件假设进行计算,并将各种工况下的实验结果与程序计算结果逐一进行对比,根据比较结果分析得到新型程序对强分层模拟结果较好,特别是对上部空间稳定区域的温度吻合很好；对于下部空间温度增长梯度比实验值较大,这是由于程序中未考虑沿壁面向下流动的流体对流场影响。最后,考虑两种不同边界条件假设情况,将新型程序的计算结果与CFD程序结果和实验值进行比较验证假设的正确性,并且新型程序运算时间很短,可快速得到结果,充分验证了模型的先进性。