湿传递作用下多孔射气介质中氡迁移模型及其解算

发布时间：2017-09-08 12:45

  本文关键词：湿传递作用下多孔射气介质中氡迁移模型及其解算

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【摘要】：核能作为一种高效清洁的能源,核资源的开采具有广阔的前景,如何安全合理地开采铀矿是我国目前核工业的发展的一个重大课题。我国铀矿工人的个人剂量比世界平均水平高3~5倍,铀矿山地表堆浸铀矿堆和铀尾矿是铀矿山大气氡的主要来源,由于天气变化等原因,地表堆浸矿堆和铀矿堆矿石内湿度不同,而多孔射气介质内氡浓度的时空分布和介质表面的氡析出率受水分迁移的影响,因此,为了我国核工业的可持续发展,研究湿传递作用下多孔射气介质中氡迁移模型及其解算,可为铀矿资源开采中的防氡和控氡提供一定的理论指导。论文在国家自然科学基金项目《热湿传递作用下颗粒堆积型双重孔隙射气介质氡的迁移行为研究》(项目编号:11575080)的资助下,通过研究湿传递作用下多孔射气介质中氡的迁移模型、对模型的程序数值模拟以及对具体矿堆的应用,取得的创新性研究成果如下:(1)基于理查斯方程以及氡扩散-渗流迁移理论,建立了湿传递作用下多孔射气介质内氡迁移模型。先通过Richards方程得出了多孔射气介质内水力学参数的变化规律,再根据多孔射气介质内氡运移的物理参数与水力学参数的关系,分析了水分迁移对多孔射气介质内各物理参数的影响,研究了多孔射气介质同时含有气体与液体时,氡气在气液平衡条件下两相中的氡浓度分布。(2)通过MATLAB中的pde函数和有限差分法(Finite Difference Methods)编写了该模型的解算程序RnFDM,同时研究了多孔射气介质内水力学参数对氡运移物理参数的影响,并模拟了气体氡在多孔射气介质表面的析出率。(3)将所得的模型与程序应用到具体的铀矿堆中,根据工程实际情况中多孔射气介质内的水力学参数和氡运移物理参数,用程序模拟了湿传递作用下具体铀矿堆中氡浓度的分布与气体以及液体内氡在多孔射气介质表面的析出率,为铀矿山地表堆浸铀矿堆和铀尾矿实际的防氡、控氡管理提供了一定的理论依据和重要的设计参考。模拟结果表明,在液体喷淋的条件下:1)多孔射气介质的气液两相有效扩散系数随时间的增加而减小;多孔射气介质的扩散系数随深度的增加先增大而后减小,并在底端减少至最小值。2)多孔射气介质的射气系数随时间的增加而增大;多孔射气介质的射气系数随深度的增加先减小后增大,并在底端增大到最大值。3)气相渗流速度数值向上,液相渗流速度竖直向下。多孔射气介质内气相渗流速度与液相渗流速度均随时间的增加而逐渐减小;多孔射气介质气相渗流速度随介质深度的增加先增大后减小,液相渗流速度随介质深度的增加而减小。4)多孔射气介质的氡浓度随时间的增加而增大;多孔射气介质内的氡浓度在较浅处随深度的增加先增大后减小,在较深处逐渐增大。5)多孔射气介质上边界的气相氡析出率的方向为竖直向上,随时间的增加而增大,增加速率逐渐变缓。
【关键词】：湿传递 多孔射气介质 氡迁移模型 氡析出率 数值模拟
【学位授予单位】：南华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD868
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-13
• 第一章 绪论13-21
• 1.1 研究背景及意义13-14
• 1.2 国内外研究现状14-18
• 1.2.1 多孔射气介质内氡扩散的研究现状14-15
• 1.2.2 多孔射气介质内氡释放的研究现状15-16
• 1.2.3 多孔射气介质内氡渗流的研究现状16-17
• 1.2.4 多孔射气介质内氡迁移模型的研究现状17-18
• 1.3 选题的目的和研究思路18-19
• 1.3.1 选题的目的18-19
• 1.3.2 研究思路19
• 1.4 本文的特色和创新之处19-21
• 第二章 基本理论21-29
• 2.1 氡的概述21-23
• 2.1.1 氡的化学性质21
• 2.1.2 氡的物理性质21-22
• 2.1.3 氡的衰变特性22
• 2.1.4 氡的放射性危害22-23
• 2.2 多孔射气介质中的氡的扩散系数23-24
• 2.3 多孔射气介质中氡的射气系数24-25
• 2.4 多孔射气介质中氡的渗流-扩散模型25-27
• 2.4.1 氡的主动运移——扩散25
• 2.4.2 氡的被动运移——渗流25-26
• 2.4.3 多孔射气介质内氡的渗流-扩散运移方程26-27
• 2.5 本章小结27-29
• 第三章 多孔射气介质中的水分迁移对氡运移的影响29-35
• 3.1 多孔射气介质中水分迁移的基本理论29
• 3.2 理查斯方程29-31
• 3.3 水分迁移对多孔射气介质内各参数的影响31-34
• 3.3.1 水分迁移对多孔射气介质气液相氡有效扩散系数的影响31-32
• 3.3.2 水分迁移对多孔射气介质射气系数的影响32
• 3.3.3 水分迁移对多孔射气介质渗流速度的影响32-33
• 3.3.4 湿传递作用下多孔射气介质中氡迁移模型33-34
• 3.4 本章小结34-35
• 第四章 数值模拟的MATLAB解算方法35-41
• 4.1 数值模拟方法概述35
• 4.2 偏微分方程的有限差分法离散化35-36
• 4.3 多孔射气介质内氡运移偏微分方程的离散化36-37
• 4.4 程序环境的介绍37
• 4.5 程序的思路及流程图37-38
• 4.6 PDEPE函数解理查斯方程38-39
• 4.7 多孔射气介质中氡运移规律的MATLAB模拟39-40
• 4.8 本章小结40-41
• 第五章 多孔射气介质氡迁移模型的模拟结果及讨论41-55
• 5.1 多孔射气介质内初始参数设置41-42
• 5.1.1 多孔射气介质内水力学参数设置41
• 5.1.2 多孔射气介质内氡迁移参数设置41-42
• 5.1.3 多孔射气介质的初始及边界条件设置42
• 5.2 程序的模拟结果及讨论42-52
• 5.2.1 多孔射气介质内毛细压头的模拟结果43-44
• 5.2.2 多孔射气介质内体积含水率的模拟结果44-45
• 5.2.3 多孔射气介质内含水饱和度的模拟结果45-46
• 5.2.4 多孔射气介质内气液两相氡有效扩散系数的模拟结果46-48
• 5.2.5 多孔射气介质的射气系数的模拟结果48-49
• 5.2.6 多孔射气介质内氡在气相与液相中渗流速度的模拟结果49-50
• 5.2.7 多孔射气介质内氡迁移的模拟结果50-51
• 5.2.8 多孔射气介质表面氡析出率的模拟结果51-52
• 5.3 本章小结52-55
• 第六章 结论与展望55-57
• 6.1 结论55-56
• 6.2 展望56-57
• 参考文献57-65
• 攻读学位期间的主要科研成果65-67
• 致谢67

【参考文献】

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本文编号：814125