中性层结下核电厂烟羽弥散数值模型有效性分析

采用CFD方法建立核电厂烟羽大气弥散模型,计算中性大气层结条件下烟羽分布。该模型采用垂直风速廓线表征的速度和温度梯度方式分类大气稳定度,将烟羽弥散模拟计算结果与经典解析理论计算结果进行对比,分析烟羽弥散CFD计算结果的抬升规律、烟羽空间浓度分布和扩散参数,对模型进行有效性分析。所得结果与经典解析结论基本一致。研究表明,该烟羽大气弥散模型可用于核电厂烟羽大气弥散过程的研究。     

冷却塔热羽对污染物流动扩散影响的风洞与数值模拟研究

利用风洞实验与数值模拟方法研究了某核电厂冷却塔在有无热羽排放情况下,对区域流场及烟羽扩散的影响。包括了受冷却塔及其热羽影响下厂址区域的平均流场及湍流结构,冷却塔热羽对烟羽空中分布、地面轴线浓度及扩散参数的的影响。结果表明:受冷却塔及其热羽影响风向轴线上风速明显减小,出现双速度亏损区。冷却塔热羽使得污染物扩散增强,散布范围增大,最大浓度降低,对垂向扩散影响显著。冷却塔对周围大气流动和污染物扩散的影响程度与烟囱和冷却塔的相对位置密切相关,冷却塔与烟囱连线与风向平行时,受影响尤为显著。同时,冷却塔所排热羽对污染物扩散的影响还与释放源和冷却塔的相对位置有关。     

基于风洞实验的丘陵下垫面气溶胶大气扩散特性研究

核电厂正常运行或发生核事故时,会向大气释放一定量的放射性气溶胶,研究气溶胶在复杂下垫面的大气扩散特性对实现气载流出物辐射影响的准确评价具有重要意义。高斯烟羽或烟团模型被广泛用于大气扩散评价中,模型中的扩散参数描述了气溶胶受湍流作用扩散的强弱,需要针对不同的地形如平坦、丘陵下垫面进行校正。本文针对典型下垫面开展了气溶胶大气扩散风洞实验,采用激光粒子图像扩散参数估计方法,针对释放源高度不同的多组工况,统计分析了竖直截面内高分辨率的气溶胶浓度,根据高斯分布估计了下风向烟羽的上下边界及垂直方向扩散参数。结果表明：烟羽经过山体会出现整体抬升现象,这将导致山体后近地表浓度有所下降;烟羽经过山体前后出现浓度中心线两侧浓度分布不均现象,远离山体烟羽轨迹回归类高斯分布;释放源高度小于山体1/2高度的烟羽经过山体后轨迹趋于一致。高斯模型在丘陵下垫面适用度有限。     

2MW液态钍基熔盐实验堆气载放射性流出物近场扩散的数值模拟

气载放射性流出物在近场范围内的扩散是核设施环境影响评价研究的重要内容之一,传统的高斯模型由于受到复杂建筑物的影响导致计算结果偏差比较大,不宜用于近场扩散的数值模拟。本文采用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)方法以2 MW液态钍基熔盐实验堆的拟定场址为研究对象,开展放射性气态流出物在近场范围内分布规律的研究,分析风速、烟囱高度、风向等参数对气态流出物大气弥散因子分布的影响。结果表明,对于高架排放,由烟羽抬升的影响使得风速越大近场范围的放射性核素大气弥散因子越高;在下风向建筑群迎风侧均易出现放射性核素集聚区,烟囱高度越低集聚现象越明显。本研究的结果可为熔盐堆场区辐射环境影响评价及建筑物的布局、核应急提供参考依据。     

聚变堆失真空事故下氚的大气扩散模拟研究

聚变反应堆发生失真空事故的情况下氚会泄漏到环境中，氚大气扩散模拟是聚变堆事故后果评价的重要内容。基于高斯烟团模型以及Pasquill稳定度分类方法，考虑重力沉降、烟气抬升、风速等因素的影响，建立了适用于事故下瞬态分析的大气扩散模型，在高斯烟团模型中加入修正了像源贡献的地面反射系数，提高了模型对于地面边界处干沉降的计算效果。选取加拿大氚气释放实验和美国萨凡那河工厂氚释放事故验证了所建立模型的准确性，模型的计算结果与HotSpot 3.0和UFOTRI软件的精度相当。选取国际热核聚变实验堆（International Thermonuclear Experimental Reactor,ITER）的失真空事故作为研究对象，分析了氚的分阶段释放、风速以及释放高度对氚扩散分布的影响。结果表明：氚的分阶段释放会导致沿下风向出现两个高放射性区域；释放高度和风速的增加会强化氚在大气中的扩散行为，从而减弱放射性在近场的积聚。     

小型动力堆码头中破口失水事故大气扩散研究

采用高斯分段烟羽模型估算了某小型动力堆在码头内发生破口尺寸为29.4%当量直径的设计基准事故时,放射性核素在码头20 km区域范围内的大气扩散规律。源项采用严重事故计算程序MELCOR仿真获得,并将计算结果输入到大气扩散分析软件MACCS进行分析计算。计算结果表明：中破口失水事故会造成码头区域的放射性污染,风速越小、气象条件越稳定,放射性的影响范围越大。     

核电厂事故核素扩散有效剂量影响因子模拟研究

介绍了核电厂事故后果评价影响因素模拟分析方法,以某内陆核电厂址为研究对象,应用核电厂事故后果计算程序模拟了不同扩散参数和源项变化情景下核电厂事故短期大气弥散因子和有效剂量对其响应特征。结果表明,水平扩散参数情景下短期大气弥散因子的最大值发生频率相对于垂直扩散参数情景较低,有效剂量最大值发生频率源项情景远高于扩散参数情景,有效剂量对扩散参数的响应程度要比对源项变化的响应程度要高。多种因子对核电厂核素大气扩散特征的综合效应还需进一步研究。     

复杂地形对污染物扩散影响的CALPUFF模型研究北大核心CSCD

本文应用WRF/CALPUFF模型模拟了湖南省桃花江内陆核电站厂址野外示踪试验,研究受复杂地形影响下的SF烟羽扩散规律,并与现场试验进行对比分析。结果表明:受到地形的影响,风向会发生改变,污染物扩散轨迹随之改变,地形是影响SF扩散轨迹的重要因素。同时,应用统计学参数分析模拟结果的合理性,其中FAC与FAC值分别为30.1%与57.7%,说明模拟扩散因子与现场试验扩散因子之间吻合较好。总之,研究表明CALPUFF模型能较好地模拟复杂地形条件下的污染物扩散。     

高架排放及大粗糙地形条件下稳定度分类方法对大气扩散计算结果的影响

本文介绍在高架排放及大粗糙地形条件下稳定度分类方法对大气扩散计算结果的影响。采用五种不同的稳定度分类方法,对在西德卡尔斯鲁厄核研究中心(KfK)进行的一系列(22次)高架源(H=100m)大粗糙地形(地面粗糙长度 Z_0≈1.5m)条件下的大气扩散示踪试验数据作了统计分析。结果表明:在大粗糙地形及高架排放条件下,用高斯烟羽模式预报的归一化扩散因子与其实测值符合较好;对同一系列示踪试验数据,用不同稳定度分类方法分析处理会得出不同的弥散系数;在采用推荐的扩散参数进行环境评价时,最好使用与推荐者采用的相同的稳定度分类方法     

小型动力堆核事故后放射性核素海洋大气扩散研究

应用于海洋的小型核反应堆技术日渐成熟,但目前核事故大气扩散研究主要针对于沿海或内陆情况。为使大气扩散计算模型适用于海洋环境,本文对高斯烟羽模型进行了修正,应用MACCS程序研究了小型动力堆严重事故所造成的后果。结果表明,若烟羽未抬升,可溶性核素积分浓度垂直分布受水体影响较大,低空的核素积分浓度明显降低;若烟羽被抬升,源项附近海面的核素积分浓度较低,水体对其产生的影响较小;整个扩散过程中,水体主要影响海面附近核素积分浓度大的区域。     

核事故大气扩散的多风扇风洞设计及实验验证

在核电厂发生严重事故时,需用大气扩散模型对核事故后果进行环境评价,而模型的准确性可通过风洞实验进行验证。为了提高风洞实验验证的准确性,克服被动风洞对边界层模拟的适应性差、调节复杂等缺点,本文将结构抗风中的多风扇技术引入到核事故大气扩散模拟研究中。通过设计10（行）×8（列）多风扇风洞,搭建了带风速反馈的风机阵列主动控制系统,对D类稳定度下边界层风速廓线特性进行了风洞模拟。本文实现了石岛湾核电厂址的风速廓线的快速模拟,且模拟精度较高,验证了多风扇风洞技术对大气边界层模拟的可靠性,为核电厂址大气扩散风洞实验提供了新的实验方法。     

Improvement of accident dose consequences simulation software for nuclear emergency response applications

This study integrated the nuclear power plant simulation software, PCTRAN, with an atmospheric diffusion model to efficiently evaluate a nuclear power plant accident and its off-site dose consequences. PCTRAN, with its user-friendly interface, provides a fast simulation scheme that can simulate many kinds of nuclear power plant accidents. Once accident initiation events are activated in the software, the plant parameters are calculated and displayed via animations on the user interface. Based on the simulated plant conditions, the radioactive materials considered in the software may be released from the plant to the environment. In this study, a dispersion algorithm, including a modified atmospheric diffusion model and its programming method, is proposed such that PCTRAN satisfies the application requirements to be used to plan nuclear emergency responses. First, the modified atmospheric diffusion model handles the variations of meteorological conditions (wind direction, wind velocity, and stability category) during a nuclear power plant accident simulation. Furthermore, the proposed programming method promotes calculation capability and efficiency by reducing the computational burden. For demonstration purposes, a postulated accident event was simulated for the Maanshan Nuclear Power Plant in Taiwan. The overall accident evolution, whole plant response, and off-site dose consequences could be predicted much earlier than what actually occurs. The thyroid and whole body dose rates (and their accumulations) as a function of accident time are displayed on the map within the emergency planning zone (EPZ). The influence of the accident on the off-site area can thus be estimated earlier, and the emergency classification can be determined by referring to the emergency action levels (EALs) for a quick nuclear emergency response.     

应急排气管道对主烟囱中速度及气体混合的影响

应用计算流体力学(CFD)方法,模拟内部的应急排气管道存在与否对主烟道内气体组分混合的影响情况。以速度及示踪气体浓度的变异系数(COV)表征截面混合均匀性,对比研究了高风速(约13.1 m/s)、中风速(约8.2 m/s)、低风速(约0.56 m/s)三种典型工况。结果表明:主烟道内风速13.1 m/s,无内部管道可使...     

田湾核电厂址污染气象与扩散特征实验研究

描述了1997-08至1999-08在田湾核电厂址进行的污染气象与扩散特征的实验观测和研究在百米气象铁塔的10m,30m,70m,100m四个高度安装了风、温探头,进行了两年的逐时观测;分析了中尺度风场的一般特征、海陆风个例及其出现频率;对热内边界层进行了实验观测并给出了热内边界层高度拟合公式;描述了风洞模拟及其主要结果,应用1997年夏、冬两次的塔层湍流测量数据资料和1997年度10次中性天气的示踪实验结果,给出了该地区的各类天气的扩散参数σy和σz。应用上述实测资料估算了该地区的年均大气扩散因子和非居住区边界事故概率大气扩散因子。     

断电停机过渡过程中核主泵气液两相流动特性研究

为研究断电停机过渡过程中核主泵气液两相瞬态流动特性,借助CFD技术对不同含气量下核主泵内的气液两相流动变化规律及径向力进行了研究,并对计算结果进行试验验证。结果显示,数值模拟数据与试验数据变化趋势吻合,断电停机过渡过程中,在叶轮背面附近产生旋涡,旋涡的存在使气相区域变大且相应的气体体积分数增加。随着流量的减少和转速的降低,叶轮和导叶内存在大量的气相,导致叶轮转换能量的能力减弱。含气量较小时,叶轮内气体体积分数先达到最大值后开始呈离散状回旋下降。而含气量较大时,叶轮内的气体体积分数随流量的减少而增加。含气量对流道内流体的速度影响较大,尤其是对靠近叶片进口方向的流体。随着含气量的增加,叶轮的径向力不平衡程度开始减弱,其最大不平衡径向力由正负值不等转变为以负值为主。     

某拟建滨海核电厂址大气扩散规律初探

本文介绍了在我国东部沿海某拟建核电厂址进行的大气扩散试验的概况和主要结果,包括现场试验和风洞模拟实验。现场试验主要有：百米气象铁塔四个高度整年风、温逐时观测;地面风场、海陆风及热内边界层的观测与分析;SF6示踪试验与湍流测量等。在现场试验基础上尝试提出了计算滨海核电厂址年均大气扩散因子的模型。该模型既考虑了向岸流与离岸流的区别,又考虑了混合层与热内边界层、混合释放与扩散参数随陆距变化等综合影响因素。     

CFD技术与SACTI模型在自然通风冷却塔雾羽局地环境影响模拟中的应用比较研究

本文利用CFD技术和SACTI模型对山东某电厂冷却塔附近流场以及冷却塔雾羽抬升以及漂滴与盐的沉积对局地环境影响进行了模拟计算,并与现场试验结果进行对比分析验证。结果表明,二者模拟结果与现场试验数据基本吻合, SACTI模型预测漂滴与盐沉积的最大距离出现在冷却塔附近200 m范围内,CFD技术模拟漂滴与盐沉积的最大距离出现在下风向500 m左右。SACTI模型预测漂滴与盐地面最大沉积量约为CFD技术模拟地面最大沉积量的3倍,主要原因是由于CFD在模拟过程中考虑的冷却塔局地环流以及周围建筑物对漂滴沉积的影响。     

确定核电厂气载放射性流出物排放限值的设计方法研究

为了使核电厂的气载放射性流出物排放所致环境公众辐射剂量满足法规标准要求,本文从辐射防护剂量限值、大气污染物扩散规律及核电厂源项特点等方面考虑,通过实例分析,探讨了确定核电厂气载放射性流出物排放限值(排放率、排放浓度、地面浓度限值)的设计方法,提出了限值的建议值,并与已有核电厂的气载流出物排放报警阈值进行了验证,确认了方法的合理性。