放射性气体的扩散预估模型

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1、放射性气体扩散的预估模型摘要本文对从核电站泄漏的放射性气体扩散模式及其影响因素进行了阐述，利用气体湍流扩散微分方程,建立了地面瞬时和连续泄漏源气体扩散的高斯烟羽模型,并用于解决易燃易爆或有毒气体泄漏扩散危险区范围预测中的问题。针对问题一：利用气体扩散规律建立高斯烟羽模型估测泄漏气体扩散危险区范围是一种快捷的方法。本文利用传质学、流体力学、大气扩散学的基本原理,对泄漏气体的扩散行为进行模化和简化,建立一种放射性气体扩散浓度分布的高斯模型,并应用于解决放射性气体沿地面扩散危险区范围预测中的问题。根据放射性气体扩散安全区域距离计算结果，结合各地平面布置图及地形的情况，确定放射性气体扩散安全区域。在核

2、电站发生泄漏时事故点周边人员应尽快撤到离电站以外。由天得，在核电站发生泄漏之后，距核电站距离为地区的人员应该在天内撤离该地区。针对问题二，要探究风速对放射性物质浓度分布的影响。本文运用概率学[1]知识，通过图解和数学推导得出“连续点源放射性物质高斯扩散模型”。本文依次考虑了“重力沉积”、“雨水沉积”、“核衰变”等因素对浓度分布的影响。并通过构建“耗减因子”、“衰变因子”等方法将耗减和衰变的放射性物质“投影”到泄漏源浓度中，得到了经多次合理修正后的“优化高斯模型”，并据此分析了泄漏源周边地区放射性物质的浓度变化。针对问题三，本文在问题二的基础上，结合考虑风速和放射性物质扩散速度在空间中的矢量运算

3、。得出在对上风口分析时，要分类讨论风速和自然扩散速度之间的大小关系，当风速小于自然扩散速度时，放射性物质是无法到达上风口的。针对问题四，本文参阅整理大量气象、地理、新闻资料，选择我国东海岸典型地域---山东半岛作为研究对象，综合考虑对应海域平均风速及风向、地理距离、海水对放射性物质扩散的部分反射系数等因素，并通过计算，预测出放射性核物质将经过6.5天到达我国东海岸，不会扩散到美国。查阅相关安全标准的规定后得知，目前日本福岛核泄漏事故等级为4级。关键词：放射性气体泄漏气体扩散高斯烟羽模型浓度分布危险区域预测23一、问题重述1.1背景资料及条件设有一座核电站遇自然灾害发生泄漏，浓度为的放射性气体以

4、匀速排出，速度为，在无风的情况下，匀速在大气中向四周扩散,速度为。1.2需要解决的问题1）请你建立一个描述核电站周边不同距离地区、不同时段放射性物质浓度的预测模型。2）当风速为时，给出核电站周边放射性物质浓度的变化情况。3）当风速为时，分别给出上风和下风公里处，放射性物质浓度的预测模型。4）将你建立的模型应用于福岛核电站的泄漏，计算出福岛核电站的泄漏对我国东海岸，及美国西海岸的影响。二、问题假设1.假设放射性气体扩散过程中无任何人员干预；2.假设气体扩散速度恒定，不受天气影响；3.大气环境条件稳定，温度和大气压力都不变，即；4.假设低层大气的流动为湍流运动，泄漏气体在流动大气中的扩散遵守质量守

5、恒定律，其扩散行为可以用湍流扩散微分方程描述；5.假设焚烧厂附近居民均匀分布；6.假设焚烧厂月处理垃圾量固定且收益均衡；三、符号说明符号符号说明污染气体的浓度，；污染气体从垃圾焚烧炉排出的初始浓度，毫西弗/每小时；放射性气体从核电站匀速排出的速度，；在无风的情况下，放射性气体匀速在大气中向四周扩散的速度，；气体分子的扩散系数，；任一地区到事故点即核电站的距离，即，；核电站放射性气体泄漏口的高度，；放射性气体释放出后的烟气抬升高度，即附加高度，；、、放射性气体在轴方向上的标准差，；核电站事故点处的平均风速，；23气象观测站测量实际风速的参考高度，；气象观测站测量的参考高度处的实际风速，；气体扩散

6、时间，；风速沿三个坐标轴的分量，；风速，；放射性衰变所引起的损耗因子；衰变常数，；放射性元素的半衰期，；湿沉降导致的烟羽损耗因子；冲洗系数；雨强，;四、模型的建立4.1问题分析该问题是对焚烧厂所产生的污染气体扩散时的浓度进行预测，污染气体的浓度与到焚烧厂所的距离、扩散时间、风力等因素有关。建立模型分析粒子的沉降、气体的空间分布和时间分布来制定对焚烧厂附近居民风险承担经济补偿。气载物：气体是放射性物质蒸发、升华形成的单分子态。“气溶胶”一般指固态或液态多分子凝聚物颗粒的气体中的弥散系。我们统称这两种形态为气载物。4.1.1放射性气体的扩散模型根据放射性气体泄漏的密度和泄漏源类型,气体的扩散模式可

7、分为烟团扩散和烟羽扩散两种模式。泄漏量较大且密度比空气的密度大较多的气体扩散呈现烟团式扩散,瞬时源和部分连续源泄漏易形成烟团扩散,其特点是泄漏的气云团在较长时间内不易被空气稀释,例如在核电站爆炸瞬间所形成的大量泄漏气体扩散，这些气体团所形成的蘑菇云不易扩散。若泄漏气体密度与空气接近或经很短时间的空气稀释后密度与空气接近时,其泄漏气体的扩散属于烟羽式扩散,大部分较小流量的连续源易形成烟羽扩散,例如爆