專(zhuān)利名稱(chēng)：冷卻塔羽流對(duì)核島核廢氣濃度分布影響的分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及核動(dòng)能發(fā)電廢氣處理 領(lǐng)域，特別是涉及冷卻塔羽流對(duì)核島核廢氣濃度分布影響的分析方法。
背景技術(shù)：
核電站在正常運(yùn)行以及事故工況下，都通過(guò)核島高空煙 會(huì)向大氣環(huán)境釋放放射性核素廢氣。在事故工況下，放射性核素廢氣的擴(kuò)散將對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重影響，對(duì)人類(lèi)的健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅。核電站流出物大氣擴(kuò)散規(guī)律的研究是進(jìn)行核電站常規(guī)排放環(huán)境影響評(píng)價(jià)，尤其是進(jìn)行事故后果評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)。對(duì)于核電站流出物大氣擴(kuò)散規(guī)律的研究，目前為常用的是以高斯模型為代表的解析方法，它是目前核安全導(dǎo)則推薦的方法。經(jīng)典的高斯模型是目前應(yīng)用最為廣泛的大氣擴(kuò)散模式，尤其適用于估算核電常規(guī)氣載放射性物質(zhì)排放的長(zhǎng)期平均濃度。但高斯模式只適合下墊面平坦開(kāi)闊、性質(zhì)均勻、大氣條件恒定、不受浮力和建筑物影響等場(chǎng)合。因此，目前的放射性核素廢氣的擴(kuò)散濃度的分析方法不準(zhǔn)確，難于保證核島周?chē)目諝赓|(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種冷卻塔羽流對(duì)核島核廢氣濃度分布影響的分析方法，可以準(zhǔn)確反映核島周?chē)藦U氣的擴(kuò)散情況，保證核島周?chē)目諝赓|(zhì)量。為達(dá)到上述目的，采用的技術(shù)方案是冷卻塔羽流對(duì)核島核廢氣濃度分布影響的分析方法，包括步驟根據(jù)冷卻塔與核島高空煙囪的相對(duì)位置和幾何尺寸建立計(jì)算域；建立所述計(jì)算域的計(jì)算網(wǎng)格；在所述計(jì)算域內(nèi)，預(yù)設(shè)不同高度的環(huán)境風(fēng)速和湍流強(qiáng)度；獲取核素衰變?cè)错?xiàng)；建立所述計(jì)算域的三維湍流輸運(yùn)模型；設(shè)置所述計(jì)算域的邊界條件；其中，所述邊界條件包括在環(huán)境風(fēng)入口上的風(fēng)速和風(fēng)溫、在冷卻塔出口上的羽流流速和羽流溫度、水蒸氣組分取值、在核島煙囪排放口的釋放速度、核廢氣溫度以及核廢氣的濃度值；根據(jù)所述預(yù)設(shè)不同高度的環(huán)境風(fēng)速、所述湍流強(qiáng)度、所述核素衰變?cè)错?xiàng)以及所述邊界條件，求解所述三維湍流輸運(yùn)模型，得到在所述計(jì)算域內(nèi)的不同空間位置和不同時(shí)刻的核島核廢氣擴(kuò)散濃度；當(dāng)所述核島核廢氣擴(kuò)散濃度超過(guò)預(yù)定濃度值時(shí)，減小核島高空煙囪的核廢氣排放速度。本發(fā)明突破了現(xiàn)有高斯模式對(duì)放射性核素?cái)U(kuò)散環(huán)境較為苛刻的要求，能考慮復(fù)雜空氣動(dòng)力條件、復(fù)雜地形條件、以及冷卻塔羽流等環(huán)境熱動(dòng)力條件對(duì)放射性核素廢氣擴(kuò)散的影響；因而，與傳統(tǒng)方法相比，更能真實(shí)的反映放射性核素?cái)U(kuò)散的情況；當(dāng)核島附近的核廢氣濃度超過(guò)預(yù)定濃度值時(shí)，減小核島核廢氣的排放量，保證核島周?chē)目諝赓|(zhì)量。


圖I為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例流程圖；圖2為本發(fā)明的中建立的計(jì)算域示意圖。
具體實(shí)施例方式為便于理解本發(fā)明，下面將結(jié)合附圖進(jìn)行闡述。先對(duì)本發(fā)明中使用到的縮略語(yǔ)和專(zhuān)有名詞進(jìn)行必要的說(shuō)明羽流一般指水或空氣中的流出物，在本專(zhuān)利交底書(shū)中僅指冷卻塔向大氣釋放的可見(jiàn)羽狀濕空氣。放射性核素廢氣一般指來(lái)自核島廠房通風(fēng)氣體以及來(lái)自反應(yīng)堆主回路系統(tǒng)的工藝氣體，一般包含具有放射性的核素，如碘-131等。計(jì)算流體力學(xué)(Computational Fluid Dynamics, CFD):指利用計(jì)算機(jī)采用數(shù)值計(jì)算方法求解流體力學(xué)問(wèn)題的一種方法和技術(shù)。ANSYS Fluent :大型通用計(jì)算流體力學(xué)軟件之一。UDF =ANSYS Fluent軟件提供的用戶(hù)自定義函數(shù)功能。UDS :ANSYS Fluent軟件提供的用戶(hù)自定義標(biāo)量功能。Gambit ANSYS Fluent軟件的前處理軟件之一。本發(fā)明提出了冷卻塔羽流對(duì)核島核廢氣濃度分布影響的分析方法，請(qǐng)參考圖1，包括步驟S101、根據(jù)冷卻塔與核島高空煙囪的相對(duì)位置和幾何尺寸建立計(jì)算域；S102、建立計(jì)算域的計(jì)算網(wǎng)格；S103、在計(jì)算域內(nèi)，預(yù)設(shè)不同高度的環(huán)境風(fēng)速和湍流強(qiáng)度；S104、獲取核素衰變?cè)错?xiàng)；S105、建立計(jì)算域的三維湍流輸運(yùn)模型；S106、設(shè)置計(jì)算域的邊界條件；設(shè)置計(jì)算域的邊界條件；其中，邊界條件包括在環(huán)境風(fēng)入口上的風(fēng)速和風(fēng)溫、在冷卻塔出口上的羽流流速和羽流溫度、水蒸氣組分取值、在核島煙囪排放口的核素廢氣釋放速度、核素廢氣溫度以及核廢氣的濃度值。S107、求解三維湍流輸運(yùn)模型，得到在計(jì)算域內(nèi)的不同空間位置的核島核廢氣擴(kuò)散濃度；根據(jù)預(yù)設(shè)不同高度的環(huán)境風(fēng)速、湍流強(qiáng)度、核素衰變?cè)错?xiàng)以及邊界條件，求解三維湍流輸運(yùn)模型，得到在計(jì)算域內(nèi)的不同空間位置和不同時(shí)刻的核島核廢氣擴(kuò)散濃度。S108、當(dāng)核島核廢氣擴(kuò)散濃度超過(guò)預(yù)定濃度值時(shí)，減小核島高空煙囪的核廢氣排放速度。本發(fā)明突破了現(xiàn)有高斯模式對(duì)放射性核素?cái)U(kuò)散環(huán)境較為苛刻的要求，能考慮復(fù)雜空氣動(dòng)力條件、復(fù)雜地形條件、以及冷卻塔羽流等環(huán)境熱動(dòng)力條件對(duì)放射性核素廢氣擴(kuò)散的影響；因而，與傳統(tǒng)方法相比，更能真實(shí)的反映放射性核素?cái)U(kuò)散的情況；當(dāng)核島附近的核廢氣濃度超過(guò)預(yù)定濃度值時(shí)，減小核島核廢氣的排放量，保證核島周?chē)目諝赓|(zhì)量。為更好的理解本發(fā)明，將從以下幾部分進(jìn)行闡述。一、根據(jù)冷卻塔與核島高空煙囪的相對(duì)位置和幾何尺寸建立計(jì)算域；具體的，請(qǐng)參見(jiàn)圖2，建立計(jì)算域時(shí)，至少需滿足以下條件要使得冷卻塔迎風(fēng)面湍流充分發(fā)展，使得冷卻塔、核島高空煙 的氣流擴(kuò)散充分發(fā)展，計(jì)算域頂部要距離冷卻塔頂部一定的距離，從而不會(huì)造成計(jì)算域上邊界對(duì)羽流擴(kuò)散產(chǎn)生影響。二、建立計(jì)算域的計(jì)算網(wǎng)格；

具體的，利用Gambit軟件生成網(wǎng)格，采用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格來(lái)對(duì)計(jì)算域進(jìn)行離散，，在計(jì)算域邊界處設(shè)置較粗的網(wǎng)格，在冷卻塔及煙囪表面設(shè)置較密的網(wǎng)格，以減少計(jì)算時(shí)間，同時(shí)獲得較高的流場(chǎng)分辨率。三、在計(jì)算域中的環(huán)境風(fēng)入口邊界條件上，預(yù)設(shè)不同高度的環(huán)境風(fēng)速和湍流強(qiáng)度；具體的，由于不同空間位置的環(huán)境風(fēng)速是不相同的；一般可根據(jù)公式 f - Y
"⑷="10 預(yù)設(shè)不同高度的環(huán)境風(fēng)速；
Viu)其中，Ultl為IOm高度處的環(huán)境風(fēng)速，z為距離里面的高度，u (z)為z高度處的環(huán)境風(fēng)速，α為地面粗糙度指數(shù)，約為O. 2、. 3。四、獲取核素衰變?cè)错?xiàng)；
dN具體的，可根據(jù)一級(jí)動(dòng)力方程獲取核素衰變?cè)错?xiàng)；其中，N為放射性核
Λ
素的濃度，λ為衰變常數(shù)。常見(jiàn)的放射性核素的衰變常數(shù)如下表I :表I
衰變常數(shù)
￥素半衰期^^
(s-1)( d-1)( a-1)
Kr-85H37a2.05I )1.77F-46.47F
Kr-871.27h1.52E-41.31E+l4.78E+3
Sr-9029.1a7.54E-IO6.53E-5238E-2
1-1318.04d9.98E-78,62E+23J5E+l
I ii20.8h9.26E-68.00E-I2.92E+2五、建立計(jì)算域的三維湍流輸運(yùn)模型；建立的三維湍流輸運(yùn)模型包括以下幾部分I)雷諾時(shí)均 Navier-Stokes 方程(Reynold-averaged Navier-Stokes，RANS):
權(quán)利要求
1.冷卻塔羽流對(duì)核島核廢氣濃度分布影響的分析方法，其特征在于，包括步驟 根據(jù)冷卻塔與核島高空煙 的相對(duì)位置和幾何尺寸建立計(jì)算域； 建立所述計(jì)算域的計(jì)算網(wǎng)格； 在所述計(jì)算域內(nèi)，預(yù)設(shè)不同高度的環(huán)境風(fēng)速和湍流強(qiáng)度； 獲取核素衰變?cè)错?xiàng)； 建立所述計(jì)算域的三維湍流輸運(yùn)模型； 設(shè)置所述計(jì)算域的邊界條件；其中，所述邊界條件包括在環(huán)境風(fēng)入口上的風(fēng)速和風(fēng)溫、在冷卻塔出口上的羽流流速和羽流溫度、水蒸氣組分取值、在核島煙囪排放口的核廢氣釋放速度、核廢氣溫度以及核廢氣的濃度值； 根據(jù)所述預(yù)設(shè)不同高度的環(huán)境風(fēng)速、所述湍流強(qiáng)度、所述核素衰變?cè)错?xiàng)以及所述邊界條件，求解所述三維湍流輸運(yùn)模型，得到在所述計(jì)算域內(nèi)的不同空間位置和不同時(shí)刻的核島核廢氣擴(kuò)散濃度； 當(dāng)所述核島核廢氣擴(kuò)散濃度超過(guò)預(yù)定濃度值時(shí)，減小核島高空煙 排放速度。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的冷卻塔羽流對(duì)核島核廢氣濃度分布影響的分析方法，其特征在于， 根據(jù)公式W(Z) =預(yù)設(shè)所述不同高度的環(huán)境風(fēng)速； 其中，Ultl為IOm高度處的環(huán)境風(fēng)速，Z為距離里面的高度，U(Z)為Z高度處的環(huán)境風(fēng)速，α為地面粗糙度指數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的冷卻塔羽流對(duì)核島核廢氣濃度分布影響的分析方法，其特征在于， 在所述建立計(jì)算域的計(jì)算網(wǎng)格的步驟中，在冷卻塔及核島高空煙 表面建立的網(wǎng)格密度大于在所述計(jì)算域各邊界處建立的網(wǎng)格密度。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的獲取核島核廢氣擴(kuò)散濃度后的處理方法，其特征在于， r| .V 根據(jù)一級(jí)動(dòng)力方程Y =— \茯取所述核素衰變?cè)错?xiàng)；其中，N為放射性核素的濃度， chλ為衰變常數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至4任一項(xiàng)所述的冷卻塔羽流對(duì)核島核廢氣濃度分布影響的分析方法，其特征在于，當(dāng)所述核島核廢氣擴(kuò)散濃度超過(guò)預(yù)定濃度值時(shí)，還包括步驟發(fā)出報(bào)警提/Jn ο
全文摘要
本發(fā)明提出冷卻塔羽流對(duì)核島核廢氣濃度分布影響的分析方法，包括步驟根據(jù)冷卻塔與核島高空煙囪的相對(duì)位置和幾何尺寸建立計(jì)算域；建立計(jì)算域的計(jì)算網(wǎng)格；在計(jì)算域內(nèi)，預(yù)設(shè)不同高度的環(huán)境風(fēng)速和湍流強(qiáng)度；獲取核素衰變?cè)错?xiàng)；建立計(jì)算域的三維湍流輸運(yùn)模型；設(shè)置計(jì)算域的邊界條件；根據(jù)預(yù)設(shè)不同高度的環(huán)境風(fēng)速、湍流強(qiáng)度、核素衰變?cè)错?xiàng)以及邊界條件，求解三維湍流輸運(yùn)模型，得到在計(jì)算域內(nèi)的不同空間位置和不同時(shí)刻的核島核廢氣擴(kuò)散濃度；當(dāng)核島核廢氣擴(kuò)散濃度超過(guò)預(yù)定濃度值時(shí)，減小核島高空煙囪的核廢氣排放速度。與傳統(tǒng)方法相比，可以準(zhǔn)確反映核島周?chē)藦U氣的擴(kuò)散情況，保證核島周?chē)目諝赓|(zhì)量。
文檔編號(hào)G06F19/00GK102867121SQ20121032861
公開(kāi)日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2012年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月6日
發(fā)明者朱嵩, 何小華, 龍國(guó)慶, 李波, 楊志, 湯東升, 羅必雄, 喬旭斌, 匡俊, 毛衛(wèi)兵 申請(qǐng)人:中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)廣東省電力設(shè)計(jì)研究院