核电厂事故放射性物质在复杂厂房内实时扩散计算方法与流程

计算;推算;计数设备的制造及其应用技术1.本发明涉及核电仿真技术领域，尤其涉及一种核电厂事故放射性物质在复杂厂房内实时扩散计算方法。背景技术：2.核电厂严重事故状态下，伴随着放射性物质(包括气体和气溶胶)发生泄漏、释放，放射性物质在复杂厂房内将发生扩散、沉降和衰减等复杂过程，并随着事故进程逐步演化，核事故源项计算数据及监测数据有限、如何准确、快速评估厂内放射性物质的动态响应及分布，较大程度影响厂内应急响应人员缓解措施实施和决策支持。3.传统的基于严重事故分析软件程序的模拟计算，能处理简单计算模型，但针对核电厂复杂模型(如辅助厂房计算)，其模拟隔间数量上百个时，已达到该计算方法的模拟边界，且无法满足实时计算的需求，较大程度影响事故情况下核应急准确、快速地响应和决策支持。技术实现要素：4.本发明的目的在于克服现有技术中所述的缺陷，从而提供一种核电厂事故放射性物质在复杂厂房内实时扩散计算方法，该方法实现空气对流计算和裂变产物扩散计算，实时获得裂变产物在隔间内的分布情况。5.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：6.一种核电厂事故放射性物质在复杂厂房内实时扩散计算方法，包括以下步骤：7.步骤s1：预处理厂房几何数据和本地气象数据；8.步骤s2：判断数据内容格式，若格式无误则进入步骤s3；9.步骤s3：所述数据内容输入到厂房隔间空气对流模型中进行计算，得到厂房隔间空气对流计算结果；10.步骤s4：将所述厂房隔间空气对流计算结果和所述厂房几何数据作为厂房隔间裂变产物气溶胶输运和沉降计算的输入，计算裂变产物气溶胶输运和沉降，得到裂变产物在厂房隔间内的浓度分布情况。11.所述厂房隔间空气对流模型结合厂房几何数据和本地气象数据经过预处理，经错误判断结束后，进入厂房隔间空气对流模块进行空气对流计算，将厂房几何模型实例化并调用计算隔间空气对流计算函数，最后得到厂房隔间空气对流计算结果。12.所述厂房隔间空气对流模型为式中，13.所述步骤s4中，根据有无暖通系统投入两种计算模式，结合所述厂房几何数据文件和所述厂房隔间空气对流计算结果，进行裂变产物快速扩散计算，实现裂变产物气溶胶输运和沉降模拟，实时得到裂变产物在厂房隔间内的浓度分布情况。14.在有暖通系统情况下，读取所述厂房几何数据文件，进行裂变产物扩散计算。15.其中，放射性物质总量的变化满足16.在无暖通系统情况下，读取所述厂房几何数据文件和所述厂房隔间空气对流计算结果，进行裂变产物快速扩散计算。17.所述步骤s4中，结合事故源项数据、同位素相关数据计算裂变产物气溶胶输运和沉降。18.与现有技术相比，本发明提供的核电厂事故放射性物质在复杂厂房内实时扩散计算方法具有以下有益效果：19.本发明建立空气对流模型与裂变产物扩散模型，结合核事故源项数据，能够快速准确地得到放射性物质在复杂厂房内扩散、沉降和衰减等过程以及浓度分布情况，为应急人员剂量评估、事故应急处置、应急决策等提供参考和依据。20.本发明结合事故情况核电厂实际工况需求，在放射性物质扩散计算过程中，整体考虑暖通空调系统有或没有两种情况，对于没有暖通空调系统情况下，厂房内的空气流动是由泄漏和环境中的空气渗透所造成，而对于有暖通空调系统情况下，空气流动则由运行中的暖通空调系统驱动实现裂变产物扩散计算。附图说明21.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。22.图1为本发明实施例所提供的放射性物质在厂房隔间内扩散计算流程图；23.图2为本发明实施例所提供的简单厂房的泄露位置示意图；24.图3为本发明实施例所提供的空气对流计算流程图；25.图4为本发明实施例所提供的裂变产物扩散计算流程图。具体实施方式26.下面通过具体实施方式进一步详细说明。27.如图1至图4所示，本发明提供了一种核电厂事故放射性物质在复杂厂房内实时扩散计算方法，包括空气对流计算和裂变产物扩散计算，具体包括如下步骤：28.步骤s1：预处理厂房几何数据和本地气象数据；29.步骤s2：判断数据内容格式，若格式无误则进入步骤s3；30.步骤s3：所述数据内容输入到厂房隔间空气对流模型进行计算，得到厂房隔间空气对流计算结果；31.步骤s4：将所述厂房隔间空气对流计算结果和所述厂房几何数据作为厂房隔间裂变产物气溶胶输运和沉降计算的输入，结合事故源项数据、同位素相关数据，计算裂变产物气溶胶输运和沉降，得到裂变产物在厂房隔间内的浓度分布情况。32.其中，厂房隔间空气对流模型以质量守恒定律为基础，结合厂房几何数据和本地气象数据经过预处理，经错误判断结束后，进入厂房隔间空气对流模块进行空气对流计算，将厂房几何模型实例化并调用计算隔间空气对流计算函数，最后得到厂房隔间空气对流计算结果。33.步骤s4中，以裂变产物质量守恒定律为基础，综合考虑有无暖通系统投入两种计算模式，结合厂房几何数据文件和厂房隔间空气对流计算结果，进行裂变产物快速扩散计算，实现裂变产物气溶胶输运和沉降模拟，最终实时得到裂变产物在厂房隔间内的浓度分布情况。34.如图2所示，厂房的泄露缝隙假设是分布在厂房的最低处(接近地面)和最高处(接近房顶)。考虑到厂房的高度，缝隙位置可以被认为是在地面和房顶，所以上下缝隙的位差h1就是厂房的高度。泄露缝隙的截面积分别为a1,a2,a3和a4。而它们的和(即厂房缝隙的总截面积)就是厂房的有效或等效泄露面积(effective or equivalent leakage area，ela)，它是厂房的设计参数。假设a1到a4相等，而且假设都等于a，各隔间缝隙面积与总截面积的比是等于各隔间的体积与它们的体积总和的比。环境与厂房之间的空气对流有两个驱动力，温差和风速，不难发现，假设结果是使得厂房与环境的空气对流最大化。35.厂房隔间空气对流计算方法(模型)如下：36.根据质量守恒定律，得到如下空气流动方程：[0037][0038]式中，[0039]对于内部隔间(即不与安全壳或环境相连的隔间)而言，[0040][0041]式中，[0042][0043][0044][0045]从安全壳和环境进入厂房的空气极少，而厂房内隔间的容积极大，以至于厂房内的空气温度变化最保守的估计也远不到0.01k，所以厂房内所有隔间的温度可以被认为是恒温而且相同，其中：[0046][0047][0048]暖通空调系统关闭的裂变产物扩散计算(厂房隔间裂变产物气溶胶输运和沉降模型或者裂变产物扩散模型)如下：[0049]裂变产物随着空气流动在厂房内扩散。在空气对流计算中求得了隔间之间的空气体积流速[0050][0051]qi,j：空气体积流速[m3/s]；如果从隔间j流向隔间i，则其值为正，反之为负；[0052]ti：隔间i的温度(k)，根据裂变产物质量守恒定律，可得到隔间i的裂变产物质量：[0053][0054][0055][0056][0057]式中，[0058]m为安全壳内的空气中裂变产物质量(kg)；[0059]mi为隔间i空间中的裂变产物质量(kg)；[0060]ms,i安全壳内的空气中裂变产物质量(kg)[0061]fi为隔间i中流入或流出的裂变产物质量流率(kg/s)；[0062]vi隔间i中的体积(m3)；[0063]ai为隔间i中的地板面积(m2)；[0064]us为裂变产物沉降速度(m/s)；[0065]qi为从环境进入隔间的空气流量率(m3/s)；[0066]为从安全壳进入隔间的分数泄露率(1/s)。[0067]具体地，暖通空调系统工作时，暖通空调系统工作的裂变产物扩散计算(模型)作如下假设：[0068](1)所有隔间都与暖通空调系统相连。[0069](2)所有隔间到暖通空调系统的体积流率(volumetric flow rate)除以各自的容积都是相同的，而且这些体积流率也等于从暖通空调系统返回各自的体积流率。[0070](3)暖通空调系统和各隔间之间的空气对流并不会造成空气质量(air masses)的变化。[0071](4)暖通空调系统从与安全壳相连的各隔间吸入的裂变产物会按照相应的空气流率比例混合，然后被重新分配到所有的隔间。[0072]对于隔间i，其放射性物质总量的变化满足：[0073][0074][0075][0076]式中，[0077]为安全壳到隔间i的泄漏率(/s)；[0078]ma为安全壳内的放射性物质总质量(kg)；[0079]n为总的隔间数量；[0080]vi为隔间i的体积(m3)；[0081]mi为隔间i的放射性物质总质量(kg)；[0082]λi为暖通空调系统到隔间i的放射性物质流动比例(放射性物质占总暖通空调系统总流动的放射性物质的比例)(/s)；[0083]λ为隔间i到暖通空调系统的放射性物质流动比例(放射性物质占隔间i的放射性物质的比例)(/s)，建议使用暖通设计参数，缺省值为1/300；[0084]ms,i为隔间i中沉积在地板上的裂变产物质量(kg)；[0085]us为裂变产物沉降速度(m/s)。[0086]图3描述了空气对流计算方法和流程，该计算方法首先预处理厂房几何数据和本地气象数据，经错误判断功能对输入数据文件内容和格式进行错误检查，如果有错误则产生错误报告，如果没有错误，则生成相应的数据库文件，预处理与错误判断结束后，进入厂房隔间空气对流模块进行空气对流计算，将厂房几何模型实例化并调用计算隔间空气对流计算函数，最后得到厂房隔间空气对流计算结果。[0087]图4描述了裂变产物扩散计算方法和流程，该计算方法首先预处理严重事故源项数据和放射性同位素数据，经错误判断功能对输入数据文件内容和格式进行错误检查，如果有错误则产生错误报告，如果没有错误，则生成相应的数据库文件，预处理与错误判断结束后，考虑有无暖通系统投入两种计算模式，在有暖通系统情况下，读取厂房几何数据文件，进行裂变产物扩散计算；在无暖通系统情况下，读取厂房几何数据文件和厂房隔间空气对流计算结果，进行裂变产物快速扩散计算，实现裂变产物气溶胶输运和沉降模拟，最终实时得到裂变产物在厂房隔间内的浓度分布情况。[0088]以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。









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