核电厂冷却塔热羽迁移及其对放射性核素扩散的影响研究

核电厂冷却塔及其所排热羽会对烟囱排放的放射性污染物的迁移扩散产生影响，同时也可能引起的局地环境条件变化（如下雾、结冰、降水、温度变化等）。本研究采用数值模拟与风洞试验相结合的方法，模拟不同环境条件下冷却塔热羽的抬升与液滴的沉积规律及其冷却塔热羽与高大建筑物对放射性烟羽扩散的影响,探索建立冷却塔热羽的抬升与液滴湿沉积模型，以及冷却塔热羽与高大建筑物对放射性烟羽的扩散影响的估算方法。

本研究应用风洞试验与数值模拟方法，研究冷却塔对大气流动的影响规律，以及雾羽对局地环境及对放射性烟羽扩散规律的影响。应用CFD中湍流模型与拉格朗日DPM(Discrete Phase Model)模型相结合的方法，实现了冷却塔雾羽和漂滴的数值模拟，得出了冷却塔雾羽抬升和漂滴沉积规律。. 通过研究，取得以下结论：. (1)冷却塔等高大建筑物对扩散的影响表现为，在近区2.5km范围内，较易发生下洗现象，造成冷却塔周围浓度约高出无冷却塔等高大建筑物影响1~2数量级；在远区即2.5km以后，其浓度梯度下降缓慢，浓度值比无冷却塔等高大建筑物情形会略低。. (2) 冷却塔所排雾羽在空中分布仍近似呈高斯型分布，符合通常意义扩散特征。在近场，冷却塔雾羽在地面的分布比较均匀、且数值较小，表明冷却塔雾羽由于夹卷效应仅由很少部分到达地面。. (3)冷却塔自然通风对污染物的扩散影响在低风速时较为显著，使得地面轴线扩散因子较不考虑自然通风时的工况减小，随着风速的增大，其影响逐渐减弱，所以冷却塔自然通风的存在，有利于烟囱污染物的扩散。随着风速的增大，最大轴线扩散因子先增大后减小的趋势。. 总之，冷却塔及其雾羽对近场扩散的影响主要表现在以下几方面：. 冷却塔及雾羽的存在使得区域污染物扩散能力增强，扩散参数增大，其中对σz的影响大于σy；. 冷却塔及雾羽的存在，使得烟羽造成的地面轴向扩散因子、地面污染物浓度以及高浓度区域均有增大的趋势，其影响程度与排放源和冷却塔之间的高差及相对位置有关，与平坦地形相比，冷却塔及热羽的存在会导致地面烟羽轴线最大扩散因子增大几倍至几十倍，最大扩散因子出现的下风距离也显著提前，多数情况下出现的距离在500m以内，因此，在厂址布局以及厂区范围辐射环境质量评价时应考虑这一因素。. 目前，越来越多的内陆核电厂正在开展选址和论证工作。内陆核电厂采用自然通风冷却塔散热方式，在冷却塔内部冷空气与热水进行交换冷却的过程中，会产生大量的雾羽与漂滴，冷却塔及其雾羽与漂滴将对局地气候产生影响，从而影响着核电厂排放污染物的迁移与扩散。目前，我国关于冷却塔雾羽的抬升与扩散以及其对放射性烟羽扩散影响的研究还处于起步阶段，这显然不能满足核事故应急计划的要求。因此，还需要更深入、广泛地开展这方面的研究。