一种适用于后处理厂排放特征的关键参数取值设计方法技术

本发明专利技术涉及一种适用于后处理厂排放特征的关键参数取值设计方法，该方法利用厂址的大气扩散示踪实验，估算了用于后处理厂址的垂向、水平扩散参数，通过采用拉格朗日粒子模型、CFD计算方法，推算了后处理厂址近区以及稳定层结下的水平、垂向扩散参数，使得对于厂址在近区以及稳定条件下的扩散评价更为合理，并给出了后处理厂典型核素的干、湿沉积的取值。本发明专利技术为促进核燃料后处理厂的辐射防护工作、提高其辐射防护水平、保护周边公众的健康及环境安全，进而为工程的安全运行提供了技术支持。进而为工程的安全运行提供了技术支持。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于后处理厂排放特征的关键参数取值设计方法


[0001]本专利技术属于放射性气态流出物核素扩散模拟技术，具体涉及一种适用于后处理厂排放特征的关键参数取值设计方法。

技术介绍

[0002]后处理厂址所在地的大气弥散特性分析和工程设计所需的关键参数包括扩散参数、典型核素的干、湿沉积取值等。这些关键参数的合理取值设计可以为厂区所排放的放射性气态流出物对环境的影响是否满足我国相关法律、法规的要求提供依据，为促进核燃料后处理厂的辐射防护工作、提高其辐射防护水平、保护周边公众的健康及环境安全，进而为工程的安全运行提供技术支持。
[0003]目前国内没有开展过专门的后处理厂大气扩散弥散评价模型与参数研究。因此，就气态流出物在环境中的迁移扩散开展相关的工程研究是迫切而且必要的。本专利技术通过试验和数值模拟以及模式验证的方法为后处理厂址提供放射性气态流出物中主要核素的扩散参数、干湿沉积因子等关键参数。目前，参考核电厂的扩散参数取值方法主要有：基于稳定度分类的经验扩散曲线法；风速标准差结合扩散函数的方法；通过常规气象资料进行理论推算的方法。第一种方法的测定可采用发烟照相、激光雷达测烟、大气示踪实验的方式，在确定观测或实验期间的稳定度类后得到相应的扩散参数，缺点在于往往不能获取不同条件下的扩散参数。第二种方法采用双向风标或三维超声风速仪测量风速标准差，结合扩散函数计算扩散参数，但所测扩散参数只代表某一高度的结果。第三种方法易实现，但无法获取厂址特有的参数特征。本专利技术通过现场示踪实验结合数值模拟方法获取扩散参数，一方面可获得厂址实际的扩散特征，此外也可对现场缺失的条件进行补充。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为后处理厂提供一种放射性气态流出物主要核素扩散模拟关键参数的取值设计方法，通过必要的试验和数值模拟，推荐后处理厂关键参数的合理取值。
[0005]本专利技术的技术方案如下：一种适用于后处理厂排放特征的关键参数取值设计方法，包括：
[0006](1)开展不同天气稳定度条件下的大气扩散示踪实验，采用最小二乘法拟合弧线污染物浓度分布估算标准差，估算不同天气类型下的水平和垂向扩散参数；
[0007](2)采用计算流体动力学(CFD)计算方法，考虑厂区建筑物影响，分析厂区大气扩散结果，估算厂区扩散参数；利用拉格朗日粒子模型，考虑厂址区域实际三维风场特征及湍流特征，补充模拟厂址区域内大气扩散特征，结合计算流体动力学模拟结果，估算不同稳定层结下的扩散参数；
[0008](3)利用大气扩散示踪实验结果对数值模拟结果进行验证，推荐厂址典型核素最终的扩散参数及其对应干、湿沉积因子的取值。
[0009]进一步，如上所述的适用于后处理厂排放特征的关键参数取值设计方法，其中，步
骤(1)中大气扩散示踪实验的内容包括：典型天气条件选取、采样点布设、样品采集分析。
[0010]进一步，如上所述的适用于后处理厂排放特征的关键参数取值设计方法，其中，步骤(1)中估算水平和垂向扩散参数的方法如下：
[0011]假定示踪实验的扩散条件服从高斯扩散模式，则高架连续点源的地面浓度公式为：
[0012][0013]式中，C(x,y,O；He)表示源强为Q、有效源高为He的源在下风向地面(0 表示的是地面高度)任一点(x,y)处造成的浓度；u为源高处的平均风速；σ
y
，σ
z
分别是水平和垂向的扩散参数；
[0014]假定σ
y
，σ
z
与下风向距离x存在如下的幂函数关系：
[0015][0016]式中，p
y
，q
y
，p
z
，q
z
可看作常数，则地面浓度公式可以表示为：
[0017][0018]利用最小二乘法确定常数p
y
，q
y
，p
z
，q
z
，计算得出σ
y
，σ
z
；
[0019]所述利用最小二乘法确定常数p
y
，q
y
，p
z
，q
z
，是使采样点i的地面浓度的计算值C
i
与实测值C
mi
之间的平方和S最小，S由下式表示：
[0020][0021]式中，N为一次示踪实验所有采样点中采集到样品的点的总数。
[0022]更进一步，实验的样品采集方法属于不等精度测量，引入标志测量精度的权数g作为处理数据时不同数据相对重要程度的指标，则S可表示为：
[0023][0024]式中，g
i
为每个采样点的权数，g
i
取值如下：
[0025]g
i
＝C
mi
/C
m,max
[0026]C
m，max
为本次实验中所有取得样品的采样点中的最大浓度测量值。
[0027]进一步，如上所述的适用于后处理厂排放特征的关键参数取值设计方法，其中，步骤(2)中采用计算流体动力学(CFD)计算方法，估算厂区扩散参数的方法如下：
[0028]风廓线分布如下：
[0029][0030]其中，U
z
和U
10
分别代表z高度和10米高的风速，风廓线幂指数n为 0.083，
[0031]根据大气层风速公式采用不同高度风速求解二元一次方程可得
出摩擦速度u
*
和粗糙高度z0的取值，Von
‑
Karman常数取0.4，
[0032]大气边界层高度计算公式如下：
[0033][0034]其中，f为地转参数；Ω为地球自转角速度7.2722
×
10
‑5rad；λ为厂址纬度；u
*
为摩擦速度，
[0035]设计烟囱参数和计算工况，对不同工况的模拟结果进行处理，估算厂区的扩散参数如下：
[0036][0037]其中σ为扩散参数，y为烟云距烟云中轴线的距离，q为该距离处的浓度。
[0038]进一步，如上所述的适用于后处理厂排放特征的关键参数取值设计方法，其中，步骤(2)中利用拉格朗日粒子模型，估算不同稳定层结下的扩散参数的方法如下：
[0039]假设粒子之间无相互作用，则处于空间一点P(x，y，z)的任一粒子的位置变化可记为：
[0040]dx/dt＝U+u
′
[0041]dy/dt＝V+v
′
[0042]dz/dt＝W+w
′
[0043]其中，x、y、z为粒子位置坐标；U、V、W为平均风速；u
′
、v
′
、w
′
为脉动速度，U、V、W和u
′
、v
′
、w
′
可由气象模式或参数化方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于后处理厂排放特征的关键参数取值设计方法，其特征在于，包括：(1)开展不同天气稳定度条件下的大气扩散示踪实验，采用最小二乘法拟合弧线污染物浓度分布估算标准差，估算不同天气类型下的水平和垂向扩散参数；(2)采用计算流体动力学计算方法，考虑厂区建筑物影响，分析厂区大气扩散结果，估算厂区扩散参数；利用拉格朗日粒子模型，考虑厂址区域实际三维风场特征及湍流特征，补充模拟厂址区域内大气扩散特征，结合计算流体动力学模拟结果，估算不同稳定层结下的扩散参数；(3)利用大气扩散示踪实验结果对数值模拟结果进行验证，推荐厂址典型核素最终的扩散参数及其对应干、湿沉积因子的取值。2.如权利要求1所述的适用于后处理厂排放特征的关键参数取值设计方法，其特征在于，步骤(1)中大气扩散示踪实验的内容包括：典型天气条件选取、采样点布设、样品采集分析。3.如权利要求1或2所述的适用于后处理厂排放特征的关键参数取值设计方法，其特征在于，步骤(1)中估算水平和垂向扩散参数的方法如下：假定示踪实验的扩散条件服从高斯扩散模式，则高架连续点源的地面浓度公式为：式中，C(x,y,O；He)表示源强为Q、有效源高为He的源在下风向地面任一点(x,y)处造成的浓度；为源高处的平均风速；σ
y
，σ
z
分别是水平和垂向的扩散参数；假定σ
y
，σ
z
与下风向距离x存在如下的幂函数关系：式中，p
y
，q
y
，p
z
，q
z
可看作常数，则地面浓度公式可以表示为：利用最小二乘法确定常数p
y
，q
y
，p
z
，q
z
，计算得出σ
y
，σ
z
；所述利用最小二乘法确定常数p
y
，q
y
，p
z
，q
z
，是使采样点i的地面浓度的计算值C
i
与实测值C
mi
之间的平方和S最小，S由下式表示：式中，N为一次示踪实验所有采样点中采集到样品的点的总数。4.如权利要求3所述的适用于后处理厂排放特征的关键参数取值设计方法，其特征在于，实验的样品采集方法属于不等精度测量，引入标志测量精度的权数g作为处理数据时不同数据相对重要程度的指标，则S可表示为：式中，g
i
为每个采样点的权数，g
i
取值如下：
g
i
＝C
mi
/C
m,max
C
m,max
为本次实验中所有取得样品的采样点中的最大浓度测量值。5.如权利要求1所述的适用于后处理厂排放特征的关键参数取值设计方法，其特征在于，步骤(2)中采用计算流体动力学计算方法，估算厂区扩散参数的方法如下：风廓线分布如下：其中，U
z
和U
10
分别代表z高度和10米高的风速，风廓线幂指数n为0.083，根据大气层风速公式采用不同高度风速求解二元一次方程可得出摩擦速度u
*
和粗糙高度z0的取值，Von
‑
Karman常数取0.4，大气边界层高度计算公式如下：其中，f为地转参数；Ω为地球自转角速度7.2722
×
10
‑5rad；λ为厂址纬度；u
*
为摩擦速度，设计烟囱参数和计算工况，对不同工况的模拟结果进行处理，估算厂区的扩散参数如...

【专利技术属性】
技术研发人员：张俊芳，姚仁太，闫江雨，廉冰，赵多新，崔慧玲，李云鹏，辛存田，
申请(专利权)人：中国辐射防护研究院，
类型：发明
国别省市：