为了减少对化石能源的使用,降低对石油进口的依赖度,同时控制污染物排放以改善环境,氢能作为一种重要的新能源形式被越来越广泛地研究。为了保证氢能的有不弱于传统能源的安全性能,需要对氢能的应用安全进行详尽的研究。氢气泄漏扩散研究作为氢安全研究的一个基础方向,对氢安全标准的制定和完善具有重要意义。现有的氢泄漏研究多针对圆形泄漏口,缺少针对非圆截面泄漏口的研究。考虑到实际的泄漏往往是通过狭长的裂缝发生,因此本文将泄漏口简化为不同长宽比的矩形,并进行了一系列的实验、模拟和理论研究。本文搭建了高压气体泄放实验台,为了保障实验安全,采用与氢气物理性质接近的氦气进行实验,实验最高压力为3.7 MPa。设计了一系列可替换的喷嘴,这些喷嘴的等效直径范围是0.55～1.5 mm、长宽比为1～12.6不等。实验结果表明,类似于圆形喷嘴射流,矩形喷嘴射流参数的变化也具有自相似性,可以采用等效直径和泄放压力对射流参数进行无量纲处理。在实验的压力范围内,正方形喷嘴扩散速率远小于其它长宽比喷嘴,而长宽比大于1的喷嘴的射流扩散速率受压力影响不明显。在泄放实验的基础上,本文对矩形喷嘴氢气射流进行了数值模拟研究,探究更高压力和更多喷嘴长宽比对射流的影响。模拟研究基于ANSYS Fluent平台,使用RSM湍流模型,并采用分段模拟方法提升计算效率。通过模拟氦气在实验条件下的流动扩散并与实验结果进行对比,验证了数值计算模型的有效性。模拟结果表明泄放压力越高,轴转换现象越明显。模拟的最大泄放压力为20 MPa远高于实验压力,在这个压力下,不同的喷嘴长宽比会显著影响氢气射流的扩散,喷嘴长宽比越高,扩散速率越大。因此,引入修正因子f(AR,P),综合考虑泄放压力和长宽比对射流进行无量纲化处理,提高了射流轴线浓度的预测精度。为了能够快速对矩形喷嘴射流的流动扩散进行预测,本文还构建二维平面积分模型对矩形喷嘴射流长轴和短轴平面的流动进行计算。假设矩形喷嘴射流形成的非轴对称的流场是由无数“虚射流”构成,参考传统的一维积分模型的控制方程和特征方程,分别计算“虚射流”的流场并叠加构成矩形喷嘴射流的流场。为了简化计算,构建了二维平面上的积分模型,只对长轴平面和短轴平面上的速度场和浓度场进行计算。以数值模拟计算的速度场和浓度场作为入口条件,并将入口离散为一系列的“虚射流”入口。通过和模拟结果进行对比,二维平面积分模型能够准确预测矩形喷嘴氢气射流的速度和浓度分布,且不同的流场分辨率对计算结果的影响不大,因此鲁棒性较强。该模型为矩形喷嘴泄漏扩散提供了一个更加高效的预测方法,补充了风险评估的物理模型,有利于更加准确地进行氢安全评估,促进氢能的高效利用。