应用计算流体动力学分析烟囱气载流出物取样的混合均匀性

新版ISO标准《核设施的烟道和通风管道中的放射性物质取样》推荐采用单点取样器对核设施烟囱气载流出物进行取样。为了保证取样具有代表性,单点取样器需要布置在速度和浓度均匀分布的位置。应用计算流体动力学(CFD)技术,对某烟囱装置的流场进行了模拟计算,并对烟囱不同高度截面上的混合均匀性进行了对比分析,可供后续现场试验及气载流出物取样系统设计参考。     

基于CFD方法的核设施气载流出物取样代表性研究

核设施气载流出物取样代表性的优劣,决定着对环境监测和辐射安全评价的准确性。应用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)方法,根据新版ISO 2889标准《核设施的烟道和通风管道中的放射性物质取样》中对取样位置的要求,对某核设施排气系统的流场进行了数值模拟并分析了不同取样位置的取样代表性。指出现有取样位置选取不尽合理的结论,通过对模拟结果进行分析,确定了合理取样位置,从而可以有效地监测放射性气载流出物的核素活度浓度,为辐射环境影响评价提供科学数据支持。     

气载放射性物质在采样系统管路中的沉积问题

本文叙述了核设施气态流出物采样系统中气载放射性物质（放射性气体和放射性气溶胶）在采样系统管路中的沉积问题。放射性物质在采样系统管路中的沉积，会导致实际浓度被低估，使采样失去代表性。对于气溶胶粒子的情况，在一定条件下，沉积粒子的再悬浮，又会导致采样测量结果高估气溶胶的实际浓度，同样会使采样失去代表性。作者近年在国家环保总局从事环境影响评价管理，深感解决此问题的迫切性，但在核设施的设施者和运行者中还存在一些模糊认识。本文的目的是引起有关人士对气载放射性物质，特别是气溶胶粒子在采样系统管路中沉积问题的重视和研究。     

核设施气载放射性流出物取样新标准的分析与应用

介绍了新版标准ISO 2889-2010《核设施的烟囱和通风管道中的放射性物质取样》产生的背景和主要内容,该标准推荐在气体充分混合的区域,采用单嘴取样器,对核设施气载流出物进行取样,同时要求取样系统对空气动力学直径为10μm的气溶胶粒子的传输比不小于50%,这与旧版标准的要求产生了较大变化。将该标准与相应的美国国家标准进行了对比分析,同时讨论了新标准的实施方法和应用现状。     

核设施烟囱气态流出物取样代表性验证的技术要求研究

核设施的排放烟囱都设有连续取样和在线监测系统,对流出物中排放的气载放射性活度进行测量,以判明气态流出物排放是否满足管理限值要求,并及时发现污染异常,提供报警。但是,取样和监测系统中气态流出物的取样是否具有代表性,将直接影响流出物测量的准确性。ISO标准(ISO 2889—2010)和美国标准(ANSI/HPS N13.1—2011)都对核设施气态流出物取样监测的有关性能,提出了详细的量化指标和判定方法。本文在对上述标准编写的技术背景和国内外所开展的相关工作进行调研的基础上,研究分析了这些标准推荐的各项性能指标和验证方法。     

静态搅浑装置对核设施送风管气溶胶分布规律影响的数值分析

对气载放射性流出物中的气溶胶监测是核电厂辐射监测的重要内容之一。受通风管道结构的影响，流场尤其湍流对气溶胶在管道中输运分布的均匀性具有较大影响，对辐射监测的取样代表性带来一定困难。通过优化设计实现送风管道中气溶胶的均匀分布对取样代表性具有重要意义。经过改变叶片的扭曲角度及叶片的占比面积，设计了三种结构的静态搅浑装置，并通过数值模拟方法分析了不同搅浑装置产生的空气流场及对气溶胶浓度分布规律的影响。结果表明：静态搅浑装置能形成较强的旋流，从而改善气溶胶浓度分布的均匀性；增大叶片的扭曲角度以及内叶片的占比面积都会加强产生的旋流场，进一步影响气溶胶的扩散；内叶片面积增大的静态搅浑装置有着适中的旋流强度，其搅浑效果较其他两种结构更优，气溶胶浓度的变异系数下降了30.60%。     

硬塑料管道对气溶胶取样结果的影响

本文报告硬塑料长取样管道对气溶胶取样结果的影响。实验用气溶胶的质量中位空气动力学直径为7.1μm,几何标准偏差为1.9。气溶胶分别经φ30mm 和φ50mm 的15m 长管道(均包括5个弯头)后,其质量浓度发生了变化,层流时(30L/min)分别降至原来的14.5%和6.4%,紊流时(100L/min)分别降至原来的21.3%和15.4%;气流中粒谱也发生变化,使小于4μm 的粒子的质量份额增加4倍左右。文中还简单介绍了测定壁沉积份额和粒谱变化的方法,并对取样管道的选择和应用中的有关问题进行讨论。     

应用CFD方法研究雷诺数对烟囱气体混合均匀性影响北大核心CSCD

为研究各种流态下核设施烟囱内气体混合均匀性情况,应用计算流体力学(CFD)方法,建立了仿真模型,主烟囱内雷诺数范围800~70000。仿真结果表明:雷诺数变化对于主烟道风速分布有重要影响;8倍水力直径以下,随监测截面升高,风速分布将更为均匀,8倍水力直径以上,一定程度内增强湍流,可提高风速分布均匀性,流态处于完全湍流后,继续提高雷诺数对风速的分布均匀性无益;对于示踪气体,各监测截面均达到了较充分的混合,管道内雷诺数低于29000时,其在各截面上的混合均匀性伴随雷诺数升高有细微的降低,雷诺数超过29000后混合均匀性变化不再显著。对比仿真结果与试验结果,风速及示踪气体浓度仿真结果与试验测量值具有较好的一致性。     

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。     

核设施气载放射性排放物取样的管道损失--美国标准推荐的计算方法简介

介绍了美国气载放射性排出物取样与监测标准中推荐的气溶胶粒子管道损失的估算方法,重点介绍了粒子在取样管路的入口、弯头和不同方位角的直管段中产生壁损失的计算方法及计算公式应用的注意事项。这些估算方法可编制成管道损失计算软件,正确应用估算方法和计算软件,不仅可对现有烟囱取样系统给以评价,为烟囱取样系统设计提供依据,也可能为取样系统管道损失的监测或监控提供技术基础。最后将估算方法的应用与计算结果同部分实验数据和国外的某些计算结果作了对比。     

核设施烟囱气态流出物取样系统气溶胶穿透效率试验研究

核设施烟囱气态流出物的取样是否具有代表性,将直接影响流出物测量的准确性。气溶胶穿透效率是取样代表性的关键指标之一。本文介绍了取样系统气溶胶穿透效率的试验方法和试验要求,针对国内某在建核电站,开展了D_a=10 μm粒径下的穿透效率验证试验,其结果为48.42%;三级取样管线取消弯头,采用直管连接,通过此改进后取样管路的穿透效率提升至53.21%,满足标准中大于50%的要求。     

考虑聚并及热泳的微米级气溶胶粒子沉积数值模拟研究

本文基于C++编写的程序对0.5~10 μm气溶胶粒子沉积进行了数值模拟，研究了聚并和热泳对沉积的影响及其耦合作用。结果表明，气溶胶粒子数量浓度小于10¹²m^-3时，聚并可忽略；气溶胶粒子数量浓度为10¹⁴ m^-3时，聚并不可忽略。考虑聚并后，气溶胶粒子的沉积速度显著增加，如在温度梯度为3 000 K/m时，10 μm气溶胶粒子的沉积速度较不考虑聚并时增大了37.2%。不考虑聚并、温度梯度为3 000 K/m时，由于热泳作用，0.5 μm气溶胶粒子沉积速度增大到无温度梯度的5.96倍，考虑聚并后，减小为4.41倍（数量浓度为10¹⁴ m^-3）。聚并和热泳会相互影响，但总体上聚并和热泳均会增强气溶胶粒子的沉积，从而加快气溶胶粒子的损失。     

Single Scattering Calculations of Sky-Shine with Cylindrical Container Penetrations

Loss by deposition of aerosol particles in an air sampling pipe causes error in the estimation of aerosol concentration in the atmosphere.

For a horizontal pipe, the deposition fraction for laminar flow can be estimated by equations of deposition governed by gravity settling and diffusion. For turbulent flow, there are two methods available—one using the equation by Yoshioka et al, to express deposition velocity, the other being the “extrapolation method” proposed by the present authors.

The present paper examines the validity of the two methods, with particular reference to the contribution of gravity settling to the deposition, and the effect of roughness of the pipe wall on the deposition from turbulent flow.

The deposition fraction in a horizontal straight metal pipe can be estimated with deviation from experimental values not exceeding a factor of 2, throughout the whole region covered by the study, extending over both laminar and turbulent ranges. Use of a suitable friction factor to account for the roughness of the pipe wall gives a reasonable value of deposition fraction in the turbulent region. The deposition from turbulent flow is mainly governed by gravity settling when the Reynolds number is not very large (Re?10⁴).     

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。     

秦山核电厂气态流出物气溶胶粒径分布测量

对秦山核电基地烟囱流出物的粒径分布谱进行了实验测量,结果表明:气态流出物中的气溶胶粒径大多在1 μm以下,但总粒子数浓度随机组类型不同而不同。测量结果为评估核电厂气态流出物监测系统采样的有效性提供了参考。     

压水堆事故工况下放射性裂变产物向环境转移和释放的理论计算

本文建立了分析压水堆事故工况下惰性气体、元素碘、甲基碘和气溶胶粒子等气载裂变产物由安全壳向环境转移和释放的多仓室安全壳模型——FIPREA 模型。此模型考虑了单层、双层和半双层三种型式的安全壳中堆芯源项、自然沉积、过滤器捕集、喷淋液吸附及泄漏等因素对气载裂变产物浓度变化的影响。根据此模型编制了分析裂变产物去除及对环境释放情况的计算程序。本程序可用于核电站设计或安全评审时事故释放量的分析计算。     

γ射线技术在测量旋风分离器内颗粒浓度分布上的应用

在实验室循环流化床装置上用γ射线技术对直径Φ260 mm旋风分离器内的FCC催化剂颗粒浓度进行了测量。首先,在轴对称假设的条件下建立旋风分离器内径向颗粒浓度分布模型,然后根据所测实验数据重构出浓度分布图像。重构结果较为真实地反映了旋风分离器内颗粒浓度场的分布规律,且突出了近壁面高浓度梯度的特点。与光纤法的测量结果对比表明,两者在浓度分布的形态和数值上基本吻合,说明了γ射线技术测量流场可行性和可靠性。