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核电厂正常工况下放射性气态流出物大气弥散研究

作　者: 秦超
导　师: 王德忠
学　校: 上海交通大学
专　业: 核科学与工程
关键词: 放射性气态流出物正常工况大气弥散数值模拟大气稳定度
分类号: TM623
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

核电厂放射性气态流出物对环境的影响问题一直受到各国政府和国际相关机构的高度关注,目前国内外关于核电厂正常运行与事故条件下的大气弥散导则普遍采用的高斯模式,难以适用于复杂地形尤其是具有高大冷却塔的内陆核电厂的大气弥散影响的评价。针对这一问题,以研究不同稳定度天气情况下复杂地形和建筑物流场中核电厂放射性气态流出物大气弥散问题为目的,本文进行了以下一系列工作:对核电厂厂区半径2km范围内的大气环境进行三维建模,结合CFD方法,通过数值模拟数值计算方法对核电厂放射性气态流出物大气弥散模型的浓度场进行模拟。基于时均化流场稳态计算对典型大气稳定度下核电厂放射性气态流出物大气弥散特征参数进行分析,所得结果与经典解析理论一致并符合国家核安全导则的要求。在上述三维大气热力数值模型的基础上,考虑地形地貌、建筑物对放射性气态流出物大气弥散的影响因素,建立基于秦山二期实际地形的数值模型,分别分析了三类稳定度情况下的大气弥散的浓度场分布,将CFD模拟分析结果和经典高斯模式计算结果与SF6示踪测量实验结果进行对比分析,结论表明CFD数值模拟结果更接近真实测量值。在内陆核电厂冷却塔对放射性气态流出物大气弥散影响问题的研究中,建立了一机一塔的数值模型,考虑多组份和大气热力分层影响,分析冷却塔及其热羽对区域流场的影响范围,进而分析其对放射性气态流出物扩散参数的影响,结果表明冷却塔对厂区内大气弥散具有较大的影响,明显降低扩散参数的稳定度级别,增强厂区内的扩散效应。本文针对核电厂放射性气态流出物的弥散建立了三维大气热力模型并对其中的各种工况下弥散问题进行数值模拟。研究表明该模型在动力抬升浓和热羽抬升以及烟羽空间度分布等方面的仿真结果均满足国家核安全导则的要求,且比现行的高斯模式估算的浓度场分布结果在一定程度上更接近真实测量数值。为今后开展利用CFD数值模拟方法研究复杂地形和建筑物流场中,尤其是有冷却塔的内陆核电厂区条件下放射性气态流出物大气弥散影响问题的研究奠定了基础。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
第一章绪论  12-24
  1.1 课题来源  12-13
    1.1.1 教育部重大项目培育计划——核电厂环境放射性监测  12
    1.1.2 内陆核电厂冷却塔对放射性气态流出物大气弥散影响研究  12-13
  1.2 课题研究的目的及意义  13-15
  1.3 国内外研究方法及现状  15-18
    1.3.1 国内外放射性核电大气弥散研究方法  15
    1.3.2 国内外放射性核电大气弥散研究现状  15-18
  1.4 核电厂放射性气态流出物大气弥散研究的气象及区域特征  18-22
    1.4.1 核电厂放射性气态流出物大气弥散研究的气象特征  18-20
    1.4.2 核电厂放射性气态流出物大气弥散研究的区域特征  20-22
  1.5 本文主要研究内容  22-24
第二章核电厂正常工况气态流出物及大气弥散影响因素  24-33
  2.1 核电厂正常工况下气态流出物成份及来源  24-27
  2.2 烟羽在大气中弥散的影响因素  27-32
    2.2.1 湍流风场对烟羽大气弥散的影响  27-28
    2.2.2 气象条件对大气烟羽扩散的影响  28-30
    2.2.3 影响大气中烟羽扩散的其它因素  30-32
  2.3 本章小结  32-33
第三章大气弥散数值模型的建立  33-42
  3.1 影响污染物扩散的大气流场物理模型  33-38
    3.1.1 大气物理模型假设条件  33
    3.1.2 大气流场风速和温度的分层结构  33-38
  3.2 数学模型的建立  38-41
    3.2.1 数值模拟的研究对象区域选择  38
    3.2.2 影响污染物扩散的空气浓度场的数学模型  38-40
    3.2.3 边界条件设置  40-41
  3.3 本章小结  41-42
第四章核电厂烟羽大气弥散空间分布规律研究  42-58
  4.1 烟流的抬升  42-43
  4.2 核电厂无浮升烟羽大气弥散中心线空间分布规律  43-49
    4.2.1 数值模拟的边界条件  44-45
    4.2.2 数值模拟与结果分析  45-49
    4.2.3 烟羽中心线空间分布规律数值模拟结论  49
  4.3 核电厂热羽大气弥散中心线空间浓度分布规律  49-53
  4.4 核电厂烟羽弥散中心线空间分布规律研究  53-57
  4.5 本章小结  57-58
第五章秦山核电厂SF_6大气弥散实验数值分析  58-82
  5.1 秦山核电厂大气弥散数值模拟分析  58-65
    5.1.1 计算模型建立  59-60
    5.1.2 数值模拟分析结果及分析  60-65
  5.2 秦山核电厂SF_6 大气扩散试验及结果分析  65-70
  5.3 秦山核电厂SF_6 大气扩散高斯烟羽模型计算结果分析  70-73
  5.4 数值模拟分析、高斯烟羽模型分析与试验测量结果对比分析  73-80
    5.4.1 中性结层结果分析  73-76
    5.4.2 不稳定层结结果分析  76-78
    5.4.3 稳定层结层结果分析  78-79
    5.4.4 结果对比采用的分析方法与结论  79-80
  5.5 本章小结  80-82
第六章内陆核电厂冷却塔对烟羽弥散影响的数值分析  82-94
  6.1 有冷却塔的大气弥散模型的建立  82-84
    6.1.1 物理模型及工质性质  82-83
    6.1.2 边界条件及初始条件  83-84
    6.1.3 控制设定  84
  6.2 冷却塔对流场特性的影响  84-90
    6.2.1 冷却塔作为建筑物对流场特性的影响  84-86
    6.2.2 冷却塔热羽对流场特性的影响  86-88
    6.2.3 冷却塔尾流影响区域范围  88-90
  6.3 冷却塔对放射性气态流出物烟羽大气扩散参数的影响分析  90-92
  6.4 小结  92-94
第七章总结  94-96
  7.1 主要结论  94-95
  7.2 研究展望  95-96
参考文献  96-100
致谢  100-101
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文  101

核电厂正常工况下放射性气态流出物大气弥散研究

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