专利名称：冷却塔羽流对核岛核废气浓度分布影响的分析方法
技术领域：
本发明涉及核动能发电废气处理 领域，特别是涉及冷却塔羽流对核岛核废气浓度分布影响的分析方法。
背景技术：
核电站在正常运行以及事故工况下，都通过核岛高空烟 会向大气环境释放放射性核素废气。在事故工况下，放射性核素废气的扩散将对环境造成严重影响，对人类的健康构成严重威胁。核电站流出物大气扩散规律的研究是进行核电站常规排放环境影响评价，尤其是进行事故后果评价的基础。对于核电站流出物大气扩散规律的研究，目前为常用的是以高斯模型为代表的解析方法，它是目前核安全导则推荐的方法。经典的高斯模型是目前应用最为广泛的大气扩散模式，尤其适用于估算核电常规气载放射性物质排放的长期平均浓度。但高斯模式只适合下垫面平坦开阔、性质均匀、大气条件恒定、不受浮力和建筑物影响等场合。因此，目前的放射性核素废气的扩散浓度的分析方法不准确，难于保证核岛周围的空气质量。
发明内容
本发明的目的在于提出一种冷却塔羽流对核岛核废气浓度分布影响的分析方法，可以准确反映核岛周围核废气的扩散情况，保证核岛周围的空气质量。为达到上述目的，采用的技术方案是冷却塔羽流对核岛核废气浓度分布影响的分析方法，包括步骤根据冷却塔与核岛高空烟囱的相对位置和几何尺寸建立计算域；建立所述计算域的计算网格；在所述计算域内，预设不同高度的环境风速和湍流强度；获取核素衰变源项；建立所述计算域的三维湍流输运模型；设置所述计算域的边界条件；其中，所述边界条件包括在环境风入口上的风速和风温、在冷却塔出口上的羽流流速和羽流温度、水蒸气组分取值、在核岛烟囱排放口的释放速度、核废气温度以及核废气的浓度值；根据所述预设不同高度的环境风速、所述湍流强度、所述核素衰变源项以及所述边界条件，求解所述三维湍流输运模型，得到在所述计算域内的不同空间位置和不同时刻的核岛核废气扩散浓度；当所述核岛核废气扩散浓度超过预定浓度值时，减小核岛高空烟囱的核废气排放速度。本发明突破了现有高斯模式对放射性核素扩散环境较为苛刻的要求，能考虑复杂空气动力条件、复杂地形条件、以及冷却塔羽流等环境热动力条件对放射性核素废气扩散的影响；因而，与传统方法相比，更能真实的反映放射性核素扩散的情况；当核岛附近的核废气浓度超过预定浓度值时，减小核岛核废气的排放量，保证核岛周围的空气质量。
图I为本发明的一个实施例流程图；图2为本发明的中建立的计算域示意图。
具体实施例方式为便于理解本发明，下面将结合附图进行阐述。先对本发明中使用到的缩略语和专有名词进行必要的说明羽流一般指水或空气中的流出物，在本专利交底书中仅指冷却塔向大气释放的可见羽状湿空气。放射性核素废气一般指来自核岛厂房通风气体以及来自反应堆主回路系统的工艺气体，一般包含具有放射性的核素，如碘-131等。计算流体力学(Computational Fluid Dynamics, CFD):指利用计算机采用数值计算方法求解流体力学问题的一种方法和技术。ANSYS Fluent :大型通用计算流体力学软件之一。UDF =ANSYS Fluent软件提供的用户自定义函数功能。UDS :ANSYS Fluent软件提供的用户自定义标量功能。Gambit ANSYS Fluent软件的前处理软件之一。本发明提出了冷却塔羽流对核岛核废气浓度分布影响的分析方法，请参考图1，包括步骤S101、根据冷却塔与核岛高空烟囱的相对位置和几何尺寸建立计算域；S102、建立计算域的计算网格；S103、在计算域内，预设不同高度的环境风速和湍流强度；S104、获取核素衰变源项；S105、建立计算域的三维湍流输运模型；S106、设置计算域的边界条件；设置计算域的边界条件；其中，边界条件包括在环境风入口上的风速和风温、在冷却塔出口上的羽流流速和羽流温度、水蒸气组分取值、在核岛烟囱排放口的核素废气释放速度、核素废气温度以及核废气的浓度值。S107、求解三维湍流输运模型，得到在计算域内的不同空间位置的核岛核废气扩散浓度；根据预设不同高度的环境风速、湍流强度、核素衰变源项以及边界条件，求解三维湍流输运模型，得到在计算域内的不同空间位置和不同时刻的核岛核废气扩散浓度。S108、当核岛核废气扩散浓度超过预定浓度值时，减小核岛高空烟囱的核废气排放速度。本发明突破了现有高斯模式对放射性核素扩散环境较为苛刻的要求，能考虑复杂空气动力条件、复杂地形条件、以及冷却塔羽流等环境热动力条件对放射性核素废气扩散的影响；因而，与传统方法相比，更能真实的反映放射性核素扩散的情况；当核岛附近的核废气浓度超过预定浓度值时，减小核岛核废气的排放量，保证核岛周围的空气质量。为更好的理解本发明，将从以下几部分进行阐述。一、根据冷却塔与核岛高空烟囱的相对位置和几何尺寸建立计算域；具体的，请参见图2，建立计算域时，至少需满足以下条件要使得冷却塔迎风面湍流充分发展，使得冷却塔、核岛高空烟 的气流扩散充分发展，计算域顶部要距离冷却塔顶部一定的距离，从而不会造成计算域上边界对羽流扩散产生影响。二、建立计算域的计算网格；
具体的，利用Gambit软件生成网格，采用非结构网格来对计算域进行离散，，在计算域边界处设置较粗的网格，在冷却塔及烟囱表面设置较密的网格，以减少计算时间，同时获得较高的流场分辨率。三、在计算域中的环境风入口边界条件上，预设不同高度的环境风速和湍流强度；具体的，由于不同空间位置的环境风速是不相同的；一般可根据公式 f - Y
"⑷="10 预设不同高度的环境风速；
Viu)其中，Ultl为IOm高度处的环境风速，z为距离里面的高度，u (z)为z高度处的环境风速，α为地面粗糙度指数，约为O. 2、. 3。四、获取核素衰变源项；
dN具体的，可根据一级动力方程获取核素衰变源项；其中，N为放射性核
Λ
素的浓度，λ为衰变常数。常见的放射性核素的衰变常数如下表I :表I
衰变常数
￥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、建立计算域的三维湍流输运模型；建立的三维湍流输运模型包括以下几部分I)雷诺时均 Navier-Stokes 方程(Reynold-averaged Navier-Stokes，RANS):
权利要求
1.冷却塔羽流对核岛核废气浓度分布影响的分析方法，其特征在于，包括步骤 根据冷却塔与核岛高空烟 的相对位置和几何尺寸建立计算域； 建立所述计算域的计算网格； 在所述计算域内，预设不同高度的环境风速和湍流强度； 获取核素衰变源项； 建立所述计算域的三维湍流输运模型； 设置所述计算域的边界条件；其中，所述边界条件包括在环境风入口上的风速和风温、在冷却塔出口上的羽流流速和羽流温度、水蒸气组分取值、在核岛烟囱排放口的核废气释放速度、核废气温度以及核废气的浓度值； 根据所述预设不同高度的环境风速、所述湍流强度、所述核素衰变源项以及所述边界条件，求解所述三维湍流输运模型，得到在所述计算域内的不同空间位置和不同时刻的核岛核废气扩散浓度； 当所述核岛核废气扩散浓度超过预定浓度值时，减小核岛高空烟 排放速度。
2.根据权利要求I所述的冷却塔羽流对核岛核废气浓度分布影响的分析方法，其特征在于， 根据公式W(Z) =预设所述不同高度的环境风速； 其中，Ultl为IOm高度处的环境风速，Z为距离里面的高度，U(Z)为Z高度处的环境风速，α为地面粗糙度指数。
3.根据权利要求I所述的冷却塔羽流对核岛核废气浓度分布影响的分析方法，其特征在于， 在所述建立计算域的计算网格的步骤中，在冷却塔及核岛高空烟 表面建立的网格密度大于在所述计算域各边界处建立的网格密度。
4.根据权利要求I所述的获取核岛核废气扩散浓度后的处理方法，其特征在于， r| .V 根据一级动力方程Y =— \茯取所述核素衰变源项；其中，N为放射性核素的浓度， chλ为衰变常数。
5.根据权利要求I至4任一项所述的冷却塔羽流对核岛核废气浓度分布影响的分析方法，其特征在于，当所述核岛核废气扩散浓度超过预定浓度值时，还包括步骤发出报警提/Jn ο
全文摘要
本发明提出冷却塔羽流对核岛核废气浓度分布影响的分析方法，包括步骤根据冷却塔与核岛高空烟囱的相对位置和几何尺寸建立计算域；建立计算域的计算网格；在计算域内，预设不同高度的环境风速和湍流强度；获取核素衰变源项；建立计算域的三维湍流输运模型；设置计算域的边界条件；根据预设不同高度的环境风速、湍流强度、核素衰变源项以及边界条件，求解三维湍流输运模型，得到在计算域内的不同空间位置和不同时刻的核岛核废气扩散浓度；当核岛核废气扩散浓度超过预定浓度值时，减小核岛高空烟囱的核废气排放速度。与传统方法相比，可以准确反映核岛周围核废气的扩散情况，保证核岛周围的空气质量。
文档编号G06F19/00GK102867121SQ20121032861
公开日2013年1月9日 申请日期2012年9月6日 优先权日2012年9月6日
发明者朱嵩, 何小华, 龙国庆, 李波, 杨志, 汤东升, 罗必雄, 乔旭斌, 匡俊, 毛卫兵 申请人:中国能源建设集团广东省电力设计研究院