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核电站的安全性对于核电的长期发展具有重要的意义。各国纷纷建造在安全性能上更加出色的第三代反应堆，我国引进的是西屋公司设计的第三代核电站AP1000。AP1000采用非能动安全壳冷却系统（PCCS）来保证事故工况下安全壳结构的完整。我国自主设计的大型先进压水堆CAP1400在水箱容量和安全壳高度方面都有提高，只有对水膜在安全壳上流动中的物理现象及其对实际工程应用产生的影响有深刻的认识和掌握，才能为我国自主设计大型先进压水堆相关非能动安全壳冷却系统提供基础理论和技术支撑。针对目前的研究现状，本文对大尺度平板降膜流动行为进行了实验研究，得到了较可靠的降膜流动参数的实验关联式，并开展3维的数值模拟，给出最佳实践指导。最后基于实验和数值研究的结果对PCCS的应用方案提出初步建议。本论文开展的主要工作包括：1.大尺度平板降膜流动行为实验：自行设计和建立大尺度的平板降膜流动实验台架，研究雷诺数、平板倾角、空气剪应力、平板表面特性、入口条件对降膜连续流动行为和破断行为的影响。通过分析降膜的膜厚统计特性和表面波特性来了解不同流动阶段降膜的运动规律。通过对实验数据合理的分析和整理，得到了降膜流动参数的实验关联式。2.平板降膜流动行为3维数值模拟：建立适用于平板降膜流动行为计算的数值模型，对有、无空气剪应力作用下降膜的连续流动行为和破断进行3维的CFD计算，通过与实验的对比验证了数值模型的有效性。揭示了诸如壁面剪应力和速度分布等实验无法测量的参数的变化规律。3.平板降膜表面独立波流动传热特性数值研究：结合实验测量，对平板降膜的表面波建立合适的数值模型，计算得到独立波内部的流场和温度场，并揭示了独立波尺度变化、空气剪应力作用对其内部流动和传热的影响机理。4.对PCCS系统提出初步应用方案：基于大尺度平板降膜实验研究和3维降膜流动行为的数值模拟，对PCCS系统的涂层材料，入口形式提出应用方案。对围堰V型槽的结构和尺寸提出参数优化模型。本文旨在探索大尺度平板的降膜流动传热特性，研究不同因素对降膜流动传热行为的影响。并预示CFD方法研究降膜流动行为的可行性。本文的结论对于了解PCCS系统的水膜流动行为有一定的贡献，对于其他PCCS相关研究数学模型的建立有一定的价值。