核电厂冷却塔水汽扩散影响因素的分析.pdf

第29卷第2期空气动力学学报Vo.l29,No.2

2011年4月ACTAAERODYNAMICASINICAApr.,2011

文章编号:0258-1825(2011)02-0240-08

核电厂冷却塔水汽扩散影响因素的分析

1,2,3224
郭栋鹏,姚仁太,乔清党,文云朝
(1.太原理工大学环境科学与工程学院,山西太原030024;2.中国辐射防护研究院,山西太原030006;
3.太原科技大学环境科学与工程系,山西太原030024;4.第二炮兵驻天津地区军事代表室,天津300192)

摘要:应用计算流体力学(CFD)技术软件STAR-CD提供的k-E(RNG)湍流模型与拉格朗日离散相模型(DPM)相
结合对Chalkpoint电厂冷却塔附近流场以及该冷却塔水汽抬升与扩散规律进行了相关的验证,并与SACTI模式预
测冷却塔水汽抬升与扩散规律以及Meroney采用CFD技术的计算结果进行比较。基于该验证结果,分别对不同环
境风速、环境温度、环境湿度、冷却塔水汽排放温度对水汽扩散的影响进行了相关的研究。结果表明,环境风速与环
境温度对冷却塔水汽扩散的影响较大,而环境湿度对冷却塔水汽扩散的影响次之,冷却塔水汽排放温度对水汽扩散
的影响较小。并且随着环境风速与环境温度的增大,冷却塔水汽地面沉积浓度逐渐降低;随着环境湿度的增大,冷
却塔水汽地面沉积浓度也逐渐增大;随着冷却塔水汽排放温度的增大,水汽地面沉积浓度也略降低。
关键词:冷却塔;拉格朗日两相流;水汽抬升与扩散;影响因素
中图分类号:V211.3文献标识码:A

影响。所有这些均对局地环境产生一定的影响,因此预
引言
0测冷却塔排放水汽的抬升与扩散就成为一个基本的环
近年来,我国已在内陆地区作了大量的核电厂址选境问题。并且一些国家要求其设计与拟建核电厂必须
址工作,与沿海核电厂址相比,由于内陆核厂址受环境对冷却塔对附近环境的影响进行相关的环境影响评价
水资源的限制较大,大多数内陆核电厂址考虑使用自然报告[1,2]。
通风冷却塔二次循环散热方式,而在冷却塔内部冷空气国外过去预测冷却塔水汽的扩散规律,应用较多的
与热水进行交换冷却的过程中,随着空气的上升,会产是ISC3(IndustrialSourceComplexShortTermModel3)
生大量水汽,并排放到大气环境中。由于冷却塔排放水与SACTI(SeasonalAnnualCoolingTowerImpact)模式。
汽与周围环境空气存在一定温度差,在水汽与环境空气SACTI模式是美国Argonne国家实验室环境影响研究中
进行热交换的过程中,凝结成的液滴可能会对附近烟囱心的一些学者对ChalkPoint、Paradise等电厂的39组单
排放的放射性污染物产生一定的影响或在冷却塔下风冷却塔现场试验数据和Neurath、Amos等电厂26组多
向形成降水,如在冬天,还可能在地面上结冰,会导致放冷却塔现场试验数据的基础上,总结了之前已有的OR-
射性核素湿沉积,在近场增加地面沉积外照射的风险。FAD、KUMULUS等16种/第一代0冷却塔环境影响模
在国外,关于冷却塔水汽的扩散做了大量的研究工型,发展的/第二代0冷却塔运行环境影响的预测模式。
作,其最初的研究目的同样是关心核电厂冷却塔排放水并且美国NRC(核管会)推荐采用该计算模式对冷却塔
汽对附近烟囱排放放射性污染物的影响[1-2],在我国,环境影响进行预测计算,同时美国多家核电厂均使用
关于冷却塔水汽扩散的研究一直处于空白。SACTI模式对冷却塔的可见水汽的长度与抬升高度、水
国外关于冷却塔排放水汽对大气环境的影响主要汽与盐沉积和结冰进行评价。
关注以下几方面:(1)冷却塔排放水汽对能见度的影而这些模式均没有考虑附近建筑物与地形的影响,
响;(2)冷却塔排放水汽与盐的沉积;(3)近地面云雾与当冷却塔附近的建筑物与地形较复杂时,大多选择风洞
结冰;(4)水汽形成的阴影;(5)水汽对附近环境湿度的试验或现场试验对冷却塔水汽的扩散进行研究。然而,

*收稿日期:2010-06-15;修订日期:2010-08-10
基金项目:国家/十一五0核能开发课题
作者简介:郭栋鹏(1978-),男,讲师,博士研究生,主要从事大气边界层物理与数值模拟理论与实验研究.E-mai:[e-mail]
第2期郭栋鹏等:核电厂冷却塔水汽扩散影响因素的分析究241

它们或因成本原因或因预测精度不能满足要求在实际响。但是湍流运动是用湍流模型进行模拟的,而且只能
应用中存在一定局限性。并且风洞试验能够较好地模在统计平均意义上表征湍流的宏观特征,无法反映湍流
拟建筑物流场与气态污染物的扩散规律,而对于按一定流动的细节,所以用DPM模型计算出的单一液滴轨迹
粒径谱分布的粒子扩