放射性氣體擴散的預(yù)估模型論文(編輯修改稿)
2025-02-12 15:52 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 記在時刻，空間內(nèi)任意一點的放射性物質(zhì)濃度為。然后我們引入菲克定律。菲克定律是年德國物理學(xué)家在研究大量擴散現(xiàn)象的基礎(chǔ)之上，首先對質(zhì)點擴散過程作出了定量描述，從而得到的，并且建立了濃度場下物質(zhì)擴散的動力學(xué)方程。根據(jù)菲克定律，在擴散體系中，參與擴散質(zhì)點的濃度是位置坐標(biāo)、和時間函數(shù)，即濃度因位置而異，且可隨時間而變化。在第一問中，我們通過建立一個放射性氣體濃度與空間位置坐標(biāo)和時間的函數(shù)關(guān)系式作為預(yù)測核電站周邊不同距離地區(qū)、不同時段放射性物質(zhì)濃度的模型。核泄漏所產(chǎn)生的放射性氣體在單位時間內(nèi)沿法線方向流過單位面積曲面的質(zhì)量與氣體濃度沿法線方向的方向?qū)?shù)成正比。由擴散定律可知，放射性氣體在時段內(nèi)沿法線方向流過面積為的曲面的質(zhì)量為：其中為擴散系數(shù)，而負(fù)號的出現(xiàn)是由于物質(zhì)總是由濃度高的一側(cè)向濃度低的一側(cè)滲透。任取一封閉曲面，它所圍區(qū)域記為，則從時刻到時刻進(jìn)入此閉曲面的放射性氣體的量為：然后把高斯公式：代入上式中，得到公式為：同時，放射性氣體滲透到區(qū)域內(nèi)，使得內(nèi)部的濃度發(fā)生變化，在時間間隔內(nèi)，濃度由變化為，增加的物質(zhì)質(zhì)量為：再通過質(zhì)量守恒定律得到：通過對式和的求解，我們得出了擴散方程為：設(shè)分別為用濃度標(biāo)準(zhǔn)差表示的軸上的擴散參數(shù)，則方程可化為：最后解得放射性氣體的濃度預(yù)測方程為：通過代入數(shù)據(jù)可得到在核電站周邊不同距離地區(qū)、不同時段放射性物質(zhì)濃度。在問題二中，首先建立一個新的空間直角坐標(biāo)系，依然以核泄漏點作為新坐標(biāo)的坐標(biāo)原點，以順風(fēng)方向作為坐標(biāo)的軸，垂直于風(fēng)的方向作為坐標(biāo)的軸，鉛垂線方向作為坐標(biāo)的軸，然后建立氣體擴散的高斯煙羽模型。高斯煙羽模型又稱高架點連續(xù)點源擴散模型，適用于連續(xù)源的擴散，即連續(xù)源或泄漏時間大于或等于擴散時間的擴散。為了簡化模型，使其方便求解，首先只考慮風(fēng)速因素的影響，得到煙羽模型的濃度分布的計算公式為：分別表示方向擴散系數(shù)，擴散系數(shù)的大小與大氣穩(wěn)定度、大氣湍流結(jié)構(gòu)、地面粗糙度、泄漏持續(xù)時間、抽樣時間間隔、風(fēng)速以及離開泄漏源的距離等許多因數(shù)有關(guān)。而在模型二中，首先只考慮與風(fēng)速有關(guān)的因素，而其中大氣穩(wěn)定度是影響風(fēng)速的重要因素。大氣穩(wěn)定度由高度上的風(fēng)速、白天的太陽輻射或夜間的云量等參數(shù)決定。隨著氣象條件穩(wěn)定度的增加，大氣穩(wěn)定度分為這六類，并且從到大氣的穩(wěn)定性依次增強。確定擴散參數(shù)的方法一般有：擴散曲線、法、世界銀行推薦擴散系數(shù)法、法等。在這里我們使用擴散曲線確定擴散參數(shù)法。擴散曲線是帕斯奎爾在大量觀測和研究的基礎(chǔ)上，于年總結(jié)提出一套根據(jù)常規(guī)氣象觀測資料劃分大氣穩(wěn)定度級別和估算擴散參數(shù)的方法。為了便于使用計算機計算大氣污染物濃度分布，可用冪函數(shù)式近似表示擴散曲線，將表示為下風(fēng)距離的函數(shù)：在進(jìn)行計算時，首先從如下的帕斯奎爾穩(wěn)定度級別劃分表中確定大氣穩(wěn)定度：表：帕斯奎爾穩(wěn)定度級別劃分表地面風(fēng)速白天太陽輻射
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