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《基于高斯模型的放射性物質(zhì)擴散模型》由會員上傳分享,免費在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、....放射性氣體擴散濃度預(yù)估模型【摘要】本文是以日本地震引起的福島核電站的核泄漏為背景,并以給出的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),研究某一假設(shè)核電站的核泄漏問題。我們通過收集相關(guān)的資料,并結(jié)合題目給出的數(shù)據(jù),建立了高斯模型、連續(xù)點源高斯擴散模型解決了題目提出的四個問題。針對問題一:考慮到泄漏源是連續(xù)、均勻和穩(wěn)定的,我們運用散度、梯度、流量等數(shù)學(xué)概念,通過“泄漏放射性物質(zhì)質(zhì)量守恒”、“氣體泄漏連續(xù)性定理”、Guass公式及積分中值定理得到了無界區(qū)域的拋物線型偏微分方程,然后再通過電源函數(shù)解出空間任意一點的放射性物質(zhì)濃度的表達(dá)式,把此表達(dá)式定為模型一的前身。鑒于放射性物質(zhì)的擴
2、散受到諸多因素的影響,如:泄漏源的實際高度、地面反射等。我們以泄漏口為坐標(biāo)原點建立三維坐標(biāo)系,通過“像源法”處理地面反射對放射性物質(zhì)濃度的影響,并由此對模型一的前身進(jìn)行修正完善,得到模型一:高斯模型,即放射性物質(zhì)濃度的預(yù)測模型。最后我們模擬了放射性物質(zhì)無風(fēng)擴散仿真圖。針對問題二:當(dāng)風(fēng)速為km/s時,我們根據(jù)放射性核素云團在大氣中遷移和擴散的數(shù)值計算的基本方法和步驟,并以泄漏點源在地面的投影點為坐標(biāo)原點,以風(fēng)向方向為軸,鉛直方向為軸,與軸水平面垂直方向為軸建立三維坐標(biāo)系,地面的反射作用同樣利用“像源法”進(jìn)行處理,得到連續(xù)點源高斯擴散模型。考慮到地面反射、煙
3、云抬升、放射性物質(zhì)自身的沉降及雨水的吸附等對濃度的影響,我們對連續(xù)點源高斯擴散模型進(jìn)行了修正,建立了修正的連續(xù)點源高斯擴散模型。最后利用大氣穩(wěn)定度確定了擴散參數(shù),進(jìn)而求解了模型。針對問題三:經(jīng)分析,問題三的提出是以問題二為基礎(chǔ)的,模型三的建立只需要將模型二加以調(diào)整即可。我們以風(fēng)速方向為軸正方向,將風(fēng)速與放射性物質(zhì)的擴散速度進(jìn)行矢量運算,此問題則轉(zhuǎn)化為求和兩點處的放射性物質(zhì)濃度,由此建立模型三,即上風(fēng)和下風(fēng)公里處放射性物質(zhì)濃度濃度的預(yù)測模型。針對問題四:首先,我們通過網(wǎng)絡(luò)收集了相關(guān)數(shù)據(jù),然后,我們結(jié)合模型二、模型三對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理代入,算出了日本福島核電站泄
4、漏的放射性物質(zhì)擴散到中國東海岸和美國西海岸的濃度分別為、。關(guān)鍵詞:高斯模型連續(xù)點源高斯擴散模型核泄漏專業(yè)資料....一問題的重述1.1問題背景目前,核電站的發(fā)展能帶來巨大的經(jīng)濟效益和社會效益,但核電站一旦發(fā)生核泄漏,將會給人們的生命健康和周邊環(huán)境帶來巨大的危害性影響。2011年3月日本的福島核電站的放射性氣體的核泄漏事件更讓我們關(guān)注放射性氣體泄漏時的濃度問題。因此,正確的測出大氣中放射性物質(zhì)的濃度在環(huán)境監(jiān)測和安全評估中具有重要意義1.2問題提出有一座核電站遇自然災(zāi)害發(fā)生泄漏,濃度為的放射性氣體以速度mkg/s勻速排出,在無風(fēng)的情況下,以速度sm/s勻速在
5、大氣中向四周擴散.1)在無風(fēng)的情況下,建立一個描述核電站周邊不同距離地區(qū)、不同時段放射性物質(zhì)濃度的預(yù)測模型。2)當(dāng)風(fēng)速為km/s時,給出核電站周邊放射性物質(zhì)濃度的變化情況。3)當(dāng)風(fēng)速為km/s時,分別給出上風(fēng)和下風(fēng)L公里處,放射性物質(zhì)濃度的預(yù)測模型。二符號說明空間任意一點的放射性物質(zhì)的擴散系數(shù)空間任意一點的放射性物質(zhì)濃度放射性氣體的擴散速度,m/s泄漏源泄漏的放射性物質(zhì)總量空間域空間域其體積一規(guī)則的球面面積在內(nèi)通過的流量內(nèi)放射性物質(zhì)的增量任意擴散時刻專業(yè)資料....泄漏源距地面的實際高度煙云抬升高度泄漏源有效高度泄漏源高度處的平均風(fēng)速,m/s源強,用濃度
6、標(biāo)準(zhǔn)差表示的軸上的擴散參數(shù)放射性氣體出口流速,m/s泄漏源出口的有效內(nèi)徑泄漏源的熱排放率,泄漏源出口處溫度,環(huán)境大氣平均溫度,沉降速度,空氣的動力粘性系數(shù)雨水吸附系數(shù)太陽高度角三模型假設(shè)1、擴散過程中濃度在、軸上的變化分布是高斯分布。2、放射性物質(zhì)的擴散看作是空間某一連續(xù)點源向四周等強度地瞬時釋放放射性物質(zhì),放射性物質(zhì)在無窮空間擴散過程中不發(fā)生性質(zhì)變化,且不計地形影響。3、放射性物質(zhì)擴散服從擴散定律,即單位時間通過單位法向面積的流量與它的濃度梯度成正比。4、放射性物質(zhì)在穿過降雨區(qū)域時,其強度由于雨水的吸收而減少,減少比率為常數(shù)。5、假設(shè)地面對放射性氣體起
7、全反射作用,地面和海面對放射性氣體沒有吸附,將海面視為平原地區(qū)6、假設(shè)風(fēng)向為水平風(fēng)向,且風(fēng)向風(fēng)速不隨時間變化。專業(yè)資料....7、擴散過程中不考慮泄漏點內(nèi)部溫度的變化對氣體擴散的影響。四問題的分析4.1問題(1)的分析一座核電站遇自然災(zāi)害發(fā)生核泄漏,濃度為放射性氣體以速度mkg/s勻速排除,這近似于放射性物質(zhì)源是連續(xù)均勻穩(wěn)定的。在無風(fēng)情況下,放射性氣體以速度sm/s勻速在大氣中向四周擴散,放射性氣體的擴散服從擴散定律,即單位時間通過單位法向面積的流量與它的濃度梯度成正比。在這些條件下,我們明確了要研究的問題是點源連續(xù)泄漏的擴散問題,為了使建立的模型更加貼
8、近實際,需考慮地面反射、核泄漏源的實際高度、降雨等因素對濃度分布的影響。由“擴散