一种狭小空间采样体积修正方法及系统与流程

本发明属于核事故应急情况下的环境监测，具体涉及一种狭小空间采样体积修正方法及系统。

背景技术：

1、核设施工作场所属于相对狭小的半密闭空间，为了确保人员健康及环境安全，需要定期对现场放射性核素进行采样监测，并分析场所中的放射性水平。而采样时长决定了采样的效率及其有效性，如采样时长过短，无法充分采集到场所中的气体，而持续无限量采样会造成空气样本的重复采集，导致样品体积的高估，影响监测结果的准确性，因此有必要开展针对狭小空间下核素采样体积的研究，确保分析结果准确可靠。

2、因此，需要借助数值模拟手段对工作场所放射性核素的采样进行预先模拟，并建立一套采样体积修正方法，用于提供有效的采样体积，以提高采样效率和采样准确性。为辐射防护相关研究工作，特别为解决目前职业人员摄入放射性核素的监测和评价工作提供依据。

3、实际采样中，可以根据采样流量和场所体积换算理论情况下采集场所内所有气体所需时间，但受场所特征及气动力条件差异的影响，会造成场所内空气滞留区的采样不充分。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种狭小空间采样体积修正方法及系统，通过在实施过程中包括多角度验证，来确保修正系数的有效性，以提高采样效率和采样准确性。

2、为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种狭小空间采样体积修正方法，包括步骤：建立标准立方体模型，进行流场及浓度模拟，并将数值计算结果与对应实验数据进行比对；收集需模拟场所的基础信息，并根据基础信息计算标准采样体积；建立基于实际场所的物理模型，采用不同cfd模式分别对实际场所中流场特征进行模拟，并对cfd模式进行筛选；利用筛选后的cfd模式，根据场所特征参数设置初始边界条件后，进行基于实际场所的浓度模拟；根据浓度模拟结果推荐采样位置，并根据采样位置在原有模拟场所中增加采样装置，进行对采样装置的数值模拟；通过数值模拟中采样装置入口处的浓度随时间的变化规律，计算出实际采样体积，以利用实际采样体积与标准采样体积计算出采样体积的修正系数。

3、进一步，所述基础信息包括模型特征及其几何尺寸、环境温度、环境压力，场所边界特征、通风装置、泄漏位置及释放量、采样器的平均流量、采样温度及采样气压。

4、进一步，所述标准采样体积的计算公式为：

5、

6、其中，v0为标准状况下的空气采样体积，f为空气采样瞬时流量，t为采样时长，t0为标准状况下的温度，p0为标准状况下的气压，为瞬时采样温度，为瞬时采样气压。

7、进一步，所述cfd模式中的物理模型及边界条件设置相同，网格精度相近。

8、进一步，所述cfd模式进行筛选为：对不同模式模拟得到的同一算例流场结果进行比对，选择模拟结果更符合实际特征的模式。

9、进一步，所述采样装置入口处设置有关注点，通过所述关注点处的浓度随时间变化的规律来体现所述采样装置入口处的浓度随时间的变化规律。

10、进一步，利用方差分析所述浓度随时间的变化规律中浓度与时间的相关性。

11、进一步，所述浓度与时间的方差计算方法为：

12、

13、其中，t为采样时长，xi为i时刻的采样浓度。

14、进一步，所述推荐采样位置后，还包括：分析不同浓度区关注点的浓度比值，与实际采样得到的浓度比值进行比较，验证场所流场及浓度分布特征模拟的有效性。

15、本发明还提供一种狭小空间采样体积修正系统，包括：标准建立单元，用于建立标准立方体模型，进行流场及浓度模拟，并将数值计算结果与对应实验数据进行比对；收集单元，用于收集需模拟场所的基础信息，并根据基础信息计算标准采样体积；筛选单元，用于建立基于实际场所的物理模型，采用不同cfd模式分别对实际场所中流场特征进行模拟，并对cfd模式进行筛选；浓度模拟单元，用于利用筛选后的cfd模式，根据场所特征参数设置初始边界条件后，进行基于实际场所的浓度模拟；推荐单元，用于根据浓度模拟结果推荐采样位置，并根据采样位置在原有模拟场所中增加采样装置，进行对采样装置的数值模拟；修正单元，用于通过数值模拟中采样装置入口处的浓度随时间的变化规律，计算出实际采样体积，以利用实际采样体积与标准采样体积计算出采样体积的修正系数。

16、本发明的效果在于：在实施过程中包括多角度验证，来确保修正系数的有效性，具体为通过建立标准立方体模型，开展流场及浓度模拟，并与实验结果进行比对，以验证数值模拟手段的有效性，采用不同cfd模式，针对相同的物理模型、边界条件及相近的网格精度开展流场模拟，选用模拟结果更符合实际特征的模式开展进一步模拟，考察不同浓度区域关注点的浓度比值，与实际采样得到的浓度比值进行比较，以验证实际场所流场及浓度分布特征模拟的有效性。

技术特征：

1.一种狭小空间采样体积修正方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的一种狭小空间采样体积修正方法，其特征在于：

3.如权利要求2所述的一种狭小空间采样体积修正方法，其特征在于：

4.如权利要求1所述的一种狭小空间采样体积修正方法，其特征在于：

5.如权利要求1所述的一种狭小空间采样体积修正方法，其特征在于：

6.如权利要求1所述的一种狭小空间采样体积修正方法，其特征在于：

7.如权利要求6所述的一种狭小空间采样体积修正方法，其特征在于：

8.如权利要求7所述的一种狭小空间采样体积修正方法，其特征在于：

9.如权利要求1所述的一种狭小空间采样体积修正方法，其特征在于，所述推荐采样位置后，还包括：

10.一种狭小空间采样体积修正系统，其特征在于，包括：

技术总结
本发明涉及一种狭小空间采样体积修正方法，包括步骤：建立标准立方体模型，进行流场及浓度模拟；收集需模拟场所的基础信息，并计算标准采样体积；建立基于实际场所的物理模型，采用不同CFD模式分别对实际场所中流场特征进行模拟，并进行筛选；利用筛选后的CFD模式，进行基于实际场所的浓度模拟；根据浓度模拟结果推荐采样位置，并在原有模拟场所中增加采样装置，进行对采样装置的数值模拟；计算出实际采样体积，以计算出采样体积的修正系数，本发明还涉及一种狭小空间采样体积修正系统，采用一种狭小空间采样体积修正方法及系统，在实施过程中包括多角度验证，来确保修正系数的有效性。

技术研发人员：李煜,吕明华,张俊芳,赵丹,赵多新,何鑫,李鸣野,郭欢,邱志欣,李鹏翔,任晓娜,马旭媛
受保护的技术使用者：中国辐射防护研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16