AP型先进压水堆采用非能动安全设计理念,其安全壳系统应用大量的非能动安全技术,具有诸多不同于传统安全壳的特有重要物理现象。如何精确模拟重要物理现象,针对缩比试验装置提出系统科学的模化分析方法,合理设置几何比例是急需解决的问题。本文以AP型非能动安全壳为研究对象,对系统特有重要物理现象进行试验研究和模拟计算,开展多物理过程耦合的模化分析工作。基于分级两层次模化分析(H2TS)方法,结合非能动安全壳系统的特点,提出适合复杂系统、超大空间、多物理过程耦合的顺序平行相互补充的模化分析方法(SPIC)。首先采用该方法对安全壳系统进行分解和层次划分,并对顶层系统进行模化分析。建立非能动安全壳外部冷却的简化物理模型,对稳态条件下安全壳外部空气自然循环和热工水力现象进行模拟计算。为了理解非能动安全壳外部冷却的重要物理现象,计算得到沿流动方向的空气温度、空气速度、液膜过冷度、热流密度、自然循环驱动力等参数的变化规律,还分析了下降段结构对传热特性的影响。在此基础上对安全壳外部空气自然循环现象进行模化分析,得到相应的无量纲数和相似准则。针对壳外水膜蒸发流动现象,分别进行试验研究和理论分析。利用国家核电技术公司的非能动安全壳耦合传热试验台架,对逆流空气作用下的降膜流动行为进行试验研究,获得不同温湿度条件下水膜的厚度、瞬态波动特性和平均速度。试验还分析了空气流速及试验板角度对水膜厚度的影响,并对试验数据进行拟合,得到水膜厚度的关系式。另一方面,对壳外降膜蒸发过程进行理论分析,得到不同水温和接触角下的水膜覆盖特征和计算公式。据此,针对AP1000壳外水膜蒸发过程,计算得到不同水膜线流率下的水膜覆盖率。基于以上对水膜蒸发流动现象的研究,开展壳外水膜蒸发的模化分析,并得到相似准则。最后,对安全壳壳体导热现象进行深入分析,重点考虑壳外水膜覆盖率对导热的影响,采用FLUENT软件对壳体二维导热进行数值仿真,获得温度和热流密度的分布规律。根据AP1000安全壳的水膜覆盖范围,模拟分析了不同覆盖率和宽度对壳体导热的影响,得到传热增强因子的拟合关系式。在此基础上对壳体导热现象进行模化分析,得到相应的相似准则。