在核电站发生严重事故的情况下,反应堆和乏燃料池中燃料芯块和包壳由于冷却不足导致其温度急剧升高,高温的锆合金包壳与冷却剂发生剧烈的化学反应,释放出氢气。由于产生的氢气量非常大,会在安全壳内、辅助厂房内以及局部隔间内形成可燃性混合气体,在点火源存在的情况下,会发生燃烧甚至爆炸,威胁设备和安全壳的安全,因此对氢气在中等大小空间内的燃烧规律进行研究具有重要意义。本文首先对目前氢气燃烧的现状进行了介绍,包括主流的氢气燃烧实验、氢气燃烧模拟计算的软件以及其针对实验的验证情况。然后对目前大空间的氢气燃烧理论知识进行了简要的介绍,主要包括氢气的层流火焰实验关系式、氢气湍流火焰关系式、湍流火焰的分区图、大空间氢气火焰加速的实验准则以及大空间火焰发生燃爆转变的实验准则。氢气燃烧的CFD模型是本文数值分析的基础,所以也对其进行了重要的介绍。燃烧计算模型的有效性是用于数值研究的前提,因此本文选用了被广泛使用的THAI-HD12和ENACCEF-RUN153实验作为对燃烧计算模型的验证实验。通过模拟结果和实验结果进行对比可以发现,模拟的压力变化、热量散失、火焰的传播形状、火焰的传播速度以及火焰加速现象等都能够与实验数据有较好的符合,这表明该燃烧模型能够针对中等尺度空间进行比较准确的计算。氢气的浓度和点火位置会对氢气的燃烧产生比较显著的影响,通过模拟分析发现,随着浓度的升高,燃烧的升压速率增加、峰值温升高、峰值压力升高、火焰传播速度增加。在高浓度下,在罐体中间点火能够增加燃烧速率,而在偏低浓度下,在罐体底部点火能增加燃烧速率,在较低浓度下,顶部点火容易导致火焰发生熄灭。障碍物对氢气燃烧有十分显著的影响,在同样的点火位置和浓度下,不同的障碍物布置会产生不同的燃烧现象。本文针对四种类型的障碍物布置进行了对比分析,分别是障碍物的尺寸、障碍物的数量、障碍物的布置位置、障碍物的不同形状。通过对比分析发现,随着障碍物阻塞率增加,火焰传播速度、升压速率增加;障碍物的数量非常低浓度氢气燃烧压力无影响,障碍物数量较少时对偏高浓度有影响,但是随着障碍物数量增加到一定数量,对燃烧无影响;障碍物布置越靠近中间位置,对燃烧越有影响;障碍物的形状逐渐变小,数量增加的过程中,会促进燃烧,接着会阻碍燃烧。