[发明专利]UF6设施气载释放事故应急评价模型的构建方法

说明书

技术领域

本发明涉及气体扩散模型的研究，具体涉及一种UF₆设施气载释放事故应急评价模型的构建方法。

背景技术

过去几十年，国内外对UF₆泄漏事故后果做了大量模拟和试验研究。针对UF₆特有的物理化学性质，目前多采用重气模型或高斯模型模拟其扩散。

气体密度大于其扩散所经过的周围空气密度的气体均称为重气。主要的重气模型有箱模型、浅层模型、三维流体力学模型、链模型等。箱模型假设重气云团为正立的坍塌圆柱体，圆柱体初始高度等于初始半径的一半，环境空气从云团的边缘或顶部进入。根据坍塌圆柱体的径向蔓延速度方程，应用能量守恒和质量守恒方程,可得任意时刻重气云团的半径计算公式：

式中:r-t时刻重气云团的半径，m；r₀-重气云团的初始半径，m；ρ₀-重气云团的初始密度，kg/m³；ρ_a-空气的密度，kg/m³；V₀-重气云团的初始体积，m³；t-泄漏开始后时间，s。

高斯模型为非重气模型，包括高斯烟羽模型和高斯烟团模型，适用于中性(或正浮性)气体的被动扩散。高斯烟羽模型：

式中：χ-气云中危险物质浓度，kg/m³；H-泄漏源有效高度，m；Q-源泄漏速 率，kg/s；u-风速，m/s；t-泄漏后的时间，s；σ_y-y方向的扩散系数，m；σ_z-z方向的扩散系数，m。

对于UF₆气体，在释放初期，气体密度较大，为重气，随着空气的进入和化学反应的完成，逐渐变为中性(或正浮性)气体。因此，单纯的重气模型或单纯的高斯模型很难对UF₆气体扩散行为进行准确地模拟。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的缺陷，提供一种能够更加准确的模拟UF₆气体扩散的UF₆设施气载释放事故应急评价模型的构建方法。

本发明的技术方案如下：一种UF₆设施气载释放事故应急评价模型的构建方法，包括如下步骤：

(1)以UF₆泄漏速率和密度定义UF₆初始控制体，建立控制体子模型，确定UF₆初始控制体的初始厚度和初始宽度，并基于UF₆云团为正立的坍塌圆柱体的假设，确定任意时刻的UF₆控制体的宽度、厚度和空气进入UF₆的速率；

(2)根据UF₆与进入UF₆控制体的水的化学反应，建立化学与热力学子模型，基于进入UF₆控制体的水全部参加反应的假设，判断下风向任意处UF₆参与反应的量，确定UF₆气体由重气向中性气体过渡的节点；

(3)分两个阶段建立分段扩散子模型，第一阶段计算UF₆存在时的扩散参数，第二阶段计算中性气体的扩散参数。

进一步，如上所述的UF₆设施气载释放事故应急评价模型的构建方法，步骤(1)中，所述的控制体子模型如下：

UF₆控制体的初始横截面积：

式中：A_UF6—UF₆控制体横截面积，m²；

Q’_UF6—UF₆质量泄露速率，kg/s；

ρ_UF6v—气态UF₆密度，kg/m³；

u—1米风速，m/s；

控制体的初始横截面积为初始宽度、初始厚度的乘积，控制体宽度的变化为：

式中：w_UF6—UF₆控制体的宽度，m；

k—沉降系数，无量纲，理论值为取一较小值来描述表面阻力或调整模型，当前模型取值为1.3；

g—重力加速度；

t—泄漏开始后时间，s；

ρ_air—空气密度，kg/m³；