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arcan6模型在大气弥散因子估计中的应用 在核电站的主控制室中，核电站的可居性评估是核电站安全分析的重要组成部分。美国核管会(NRC)先后推荐过几种用于主控室可居留性评价的大气弥散因子计算的物理模型,包括早期的Murphy-Campe模型,NUREG/CR-5055《控制室可居留性评价的大气扩散》中提出的新尾流模型和组合尾流模型。 1994年,NRC开展同行评议,基于评议结果对早期的模型进行修正,于1995年5月发布NUREG/CR-6331《建筑物尾流的大气相对浓度》,推荐用ARCON95进行控制室可居留性评价中大气弥散因子计算。在保持物理模型不变的情况下,该模型经改进后于1996年作为ARCON96模型重新发布,以满足标准审查大纲(USNRC 2007)的要求。NRC于2003年发布的核安全导则RG-1.194《核电厂控制室放射性可居留性评价的大气相对浓度》则提供了ARCON96模型的使用方法,并指出该方法被NRC人员接受,可用于许可证申请和许可证修订所要求的主控室可居留性评价。 由于通过场地实验数据修正了扩散参数,ARCON96模型在静风条件与近距离处的大气弥散因子估计比以往的大气弥散因子计算模型更贴近实际。然而,这一修正也使得ARCON96模型在大气弥散因子的估计中呈现出特殊的行为。 本工作研究ARCON96模型在大气弥散因子估计中的计算行为特点,并与高斯模型进行比较,阐明和分析两种模型之间的联系和估算结果差异。 1 阿森96模型 1.1 zvixq ARCON96模型的基本模型是直线高斯烟羽模型。地面源情况下,该模型的大气弥散因子由下式决定: XQ′=1πσyσzvexp[-0.5(yσy)2](1)XQ′=1πσyσzvexp[?0.5(yσy)2](1) 其中:XQ′XQ′为大气弥散因子,s/m3;σy和σz为帕斯奎尔-吉福德扩散参数,m;v为风速,m/s;y为进风口与烟羽中心的距离,m。 对于高架源而言,式(1)则改写为: XQ′=1πσyσzvexp[-0.5(yσy)2]?exp[-0.5(he-hiσz)2](2)XQ′=1πσyσzvexp[?0.5(yσy)2]?exp[?0.5(he?hiσz)2](2) 其中:he为释放源的有效高度,m;hi为进风口的高度,m。 出于保守性考虑,ARCON96模型以轴线浓度作为大气弥散因子的计算依据。因此,式(1)和(2)可分别简化为: XQ′=1πσyσzv(3)XQ′=1πσyσzvexp[-0.5(he-hiσz)2](4)XQ′=1πσyσzv(3)XQ′=1πσyσzvexp[?0.5(he?hiσz)2](4) 由于国内符合高架源条件(烟囱高度大于2.5倍周围建筑高度)的厂址很少,ARCON96模型在实际应用中主要以地面源为主。以下围绕地面源讨论ARCON96模型的计算行为。 式(3)中大气弥散因子反比于风速。故而,当风速较小时,高斯直线模型估计的大气弥散因子会明显升高,产生过于保守的估计结果。ARCON96模型通过设定最小风速(0.5 m/s)和修正扩散参数来解决这一问题。 1.2 yz1和z1的风速扩散修正 为解决静风下大气弥散因子高估的问题,ARCON96模型对式(1)中的扩散参数进行修正,有: Σy=(σ2y+Δσ2y1+Δσ2y2)1/2Σz=(σ2z+Δσ2z1+Δσ2z2)1/2(5)Σy=(σ2y+Δσ2y1+Δσ2y2)1/2Σz=(σ2z+Δσ2z1+Δσ2z2)1/2(5) 其中:Σy和Σz为修正后的横向和纵向大气扩散参数,m;Δσy1和Δσz1为针对低风速扩散的修正项。 Δσ2y1=9.13×105×(1-(1+x1000v)exp(-x1000v))Δσ2z1=6.67×102×(1-(1+x100v)exp(-x100v))(6)Δσ2y1=9.13×105×(1?(1+x1000v)exp(?x1000v))Δσ2z1=6.67×102×(1?(1+x100v)exp(?x100v))(6) 其中,Δσy2和Δσz2为针对建筑物尾流的修正项。 Δσy2和Δσz2形式为: Δσ2y2=5.24×10-2v2s×[1-(1+x10√s)exp(-x10√s)]Δσ2z2=1.17×10-2v2s×[1-(1+x10√s)exp(-x10√s)](7)Δσ2y2=5.24×10?2v2s×[1?(1+x10s√)exp(?x10s√)]Δσ2z2=1.17×10?2v2s×[1?(1+x10s√)exp(?x10s√)](7) 其中,s为建筑物迎风面积。 1.3 扩散时间对小风矫正效果的影响 低风速扩散参数修正项(式6)虽与距离和风速同时相关,但其本质是扩散时间的函数。令扩散时间t=xvt=xv,则式(6)可写为: Δσ2y