近海液态放射性物质随机游走扩散模式研究

发布时间：2020-06-06 02:32

【摘要】：随着日本福岛核事故的发生,泄露的液态放射性物质使得事故附近海域的放射性含量急剧升高,对附近海域环境安全和海洋生物多样性造成影响。由此放射性物质在海水中的输运扩散机理受到外界的高度关注,在核事故后通过数值模拟计算快速准确地给出放射性污染物在事故附近海域的时空分布特征已经成为一项重要的研究课题。本文将从我国核电站的主要堆型出发分析了我国近海放射性污染物的主要来源和种类；对模拟放射性物质输运扩散的拉格朗日随机游走理论进行了系统地描述并给出了该理论下数值模拟计算过程中所需的三维海洋流场信息和湍流扩散系数的获得方法；通过构建理想的瞬时点源释放模型利用数值模拟实验研究了在拉格朗日随机游走模式浓度计算部分中引入核函数法代替传统的质点法进行浓度计算的可行性；对核函数法中的变频宽修正因子Ci值随模拟粒子总数目和污染物对流扩散时间的变化情况,利用具体的数值模拟实验做了详细地分析并给出了相应条件下变频宽修正因子C；的最佳取值范围。通过本文的工作主要得到了如下的结论： 1)确定了对我国近海进行放射性物质输运扩散数值模拟研究时所需要考虑的主要放射性核素为Cs-137、I-131、Sr-90和Sb-124。 2)给出了采用拉格朗日随机游走理论模拟放射性物质输运扩散时湍流扩散系数的取值： a)对于水平湍流扩散系数,当水平流速U未知时两水平湍流扩散系数取值为Kx=Ky=6.318×10-7t1.34;当水平流速U已知时两水平湍流扩散系数取值为Kx=Ky=0.0025U2t,以上两种情况下两水平湍流扩散系数的单位均为m2s-1。 b)对于垂直湍流扩散系数,其取值可以分为两类情况：一类情况在整个垂直方向上垂直湍流扩散系数取一定值毛值取0.1到0.5之间,Cv取值为0.0025；另一类情况垂直湍流扩散系数随垂直方向上的高度发生变化,此时两种情况下垂直湍流扩散系数的单位均为m2s-1。 3)确定了在粒子随机游走模式浓度计算部分中使用变频宽伊番科尼可夫核函数法代替传统的质点法计算污染物浓度，能有效地克服浓度计算过程中污染物浓度结果随模拟粒子对流扩散距离增加带来的涨落。 4)给出了在使用变频宽伊番科尼可夫核函数法时变频宽修正因子C i取值随模拟粒子总数目和污染物对流扩散时间变化的情况。由数值模拟实验结果发现，模拟粒子总数目取106个粒子，变频宽修正因子取0.45时，从其所计算的污染物浓度分布和污染物浓度最大值的下降量以及所需的计算时间考虑，此时的模拟粒子总数目和变频宽修正因子的取值是最恰当的。
【图文】：

浓度分布,浓度分布,单位,函数法

图 5-1 t 为 10 个单位时中心线上的浓度分布从图 5-1 可见，当 t 为 10 个单位时，即在污染物释放源附近，由于模拟粒子刚开始对流扩散，模拟粒子相对集中。因此采用质点法、固定频宽高斯核函数法、固定频宽伊番科尼可夫核函数法、变频宽高斯核函数法以及变频宽伊番科尼可夫核函数法，其污染物的浓度计算结果曲线都未出现震荡；变频宽高斯核函数法因高斯函数本身考虑全空间区域在计算过程中有截断，因此其污染物浓度结果计算值比解析解的值低。

浓度分布,浓度分布,单位,函数法

图 5-1 t 为 10 个单位时中心线上的浓度分布从图 5-1 可见，当 t 为 10 个单位时，即在污染物释放源附近，由于模拟粒子刚开始对流扩散，模拟粒子相对集中。因此采用质点法、固定频宽高斯核函数法、固定频宽伊番科尼可夫核函数法、变频宽高斯核函数法以及变频宽伊番科尼可夫核函数法，，其污染物的浓度计算结果曲线都未出现震荡；变频宽高斯核函数法因高斯函数本身考虑全空间区域在计算过程中有截断，因此其污染物浓度结果计算值比解析解的值低。
【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TL941

【参考文献】