Использование средств вычислительной гидродинамики для расчета распространения газоаэрозольных выбросов в условиях сложного рельефа

19.11.2020 2020 - №04 Экология энергетики

М. Мехди М.П. Панин

https://doi.org/10.26583/npe.2020.4.09

Средствами пакета ANSYS FLUENT в рамках стандартной k-ε-модели турбулентности проведено моделирование обтекания воздушным потоком ряда типичных препятствий (трехмерные куб и полусфера, а также двумерный холм), которые формируют возможный рельеф зоны распространения выбросов АЭС, а также примерно соответствуют геометрии зданий и сооружений, находящихся в этой зоне. Для обеспечения сходимости результатов на расчетной области задается неравномерная пространственная сетка, которая сгущается вблизи поверхности препятствия и внешних границ. Размеры и положения препятствий подбирались для наилучшего совпадения с условиями опубликованных экспериментов. Результаты моделирования величины скорости и направления воздушного потока в целом обнаруживают хорошее совпадение с данными экспериментов в аэродинамических трубах в зонах перед препятствием, над ним, а также в его аэродинамической тени. Достоверно воспроизводятся характерные зоны ускоренного течения, завихрений и обратного течения. Расхождения наблюдаются только в локальных областях сильной турбулентности в аэродинамической тени препятствия вблизи поверхности земли. Все это указывает на возможность полноценного моделирования распространения выбросов АЭС с учетом особенностей рельефа площадки конкретной станции и ее основных сооружений с целью уточнения дозовой нагрузки на персонал и население.

Ссылки

1. Серия изданий по безопасности № 50-SG-S3. Руководства МАГАТЭ по безопасности. – Вена: МАГАТЭ, 1980.
2. Leeloossy A., Lagzi I., Kovacs A., Meszaros R. A review of numerical models to predict the atmospheric dispersion of radionuclides. // Journal of Environmental Radioactivity.– 2018. – No. 182. – PP. 20-33.
3. Yoshihide T., Akashi M., Ryuichiro Y., Hiroto K., Tsuyoshi N., Masaru Yoshikawa T. AIJ guidelines for practical applications of CFD to pedestrian wind environment around buildings. // Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics. – 2008. – No.
4. – PP. 1749-1761.
5. Gorle C., Beeck J.V., Rambaud P., Tendeloo G.V. CFD modelling of small particle dispersion: The influence of the turbulence kinetic energy in the atmospheric boundary layer. // Atmospheric Environment. – 2009. – No. 43. – PP. 673-681.
6. Ai Z.T., Mak C.M. CFD simulation of flow and dispersion around an isolated building: Effect of inhomogeneous ABL and near-wall treatment. // Atmospheric Environment. – 2013. – No. 77. – PP. 568-578.
7. Ступин А.Б., Оверко В.С. Влияние неоднородности рельефа на рассеивание выбросов в атмосфере. ДонНТУ. – 2006. Электронный ресурс: http://ea.donntu.org/handle/123456789/6268 (дата доступа 04.07.2020).
8. ANSYS Fluent Theory Guide, ANSYS Inc., 275 Technology Drive Canonsburg, PA 15317, November 2013.
9. Yu Y., Kwok K.C.S., Liu X.P., Zhang Y. Air pollutant dispersion around high-rise buildings under different angles of wind incidence. // Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics. – 2017. – No.167. – PP 51-61.
10. Zhenqing L., Shuyang C., Heping L., Takeshi I. Large-Eddy Simulations of the Flow Over an Isolated Three-Dimensional Hill. // Boundary-Layer Meteorology. – 2019. – No. 170(3). – PP. 415-441.
11. Takeshi I., Kazuki H., Susumu O. A wind tunnel study of turbulent flow over a three-dimensional steep hill. // Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics. – 1999. – No. 83. – PP. 95-107.
12. Ferreira A.D., Silva M.C.G., Viegas D.X., Lopes A.M.G. Wind tunnel simulation of the flow around two dimensional hills. // Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics. – 1991. – No. 38. – PP.109-122.
13. Kim H.G., Lee C.M., Lim H.C., Kyong N.H. An experimental and numerical study on the flow over two dimensional hills. // Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics. – 1997. – No. 66. – PP. 7-33.
14. Trombetti F., Martano P., Tampieri F. Data Sets for Studies of Flow and Dispersion in Complex Terrain: The «RUSHIL» Wind Tunnel Experiment (Flow Data). – Technical Report No. 4, FISBAT-RT-1991/1.
15. Martinuzzi R., Tropea C. The flow around surface-mounted, prismatic obstacles in a fully developed channel flow. // Journal of Fluids Engineering. – 1993. – No. 115. – PP. 85-92.
16. Tavakol M.M., Yaghoubi M., Masoudi Motlagh M. Air flow aerodynamic on a wall-mounted hemisphere for various turbulent boundary layers. // Experimental Thermal and Fluid Science. – 2010. – No. 34. – PP. 538-553.
17. Juretic F., Hrvoje H. Computational modeling of the neutrally stratified atmospheric boundary layer flow using the standard kε turbulence model. // Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics. – 2013. – No. 115. – PP. 112-120.
18. Richards P.J., Norris S.E. Appropriate boundary conditions for computational wind engineering models revisited. // Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics. – 2011. – No. 99. – PP. 257-266.
19. Xing J., Liu Z.Y., Huang P., Feng C.G., Zhou Y., Zhang, D.P., Wang F. Experimental and numerical study of the dispersion of carbon dioxide plume. // Journal of Hazardous Materials. – 2013. – No. 256. – PP. 40-48.
20. Kisha M., Jelemensky L. CFD Dispersion Modelling for Emergency Preparedness. // Journal of Loss Prevention in the Process Industries. – 2009. – No. 22 (1). – PP. 97-104.
21. Richards P.J., Hoxey R.P. Appropriate boundary conditions for computational wind engineering models using the k-ε model. // Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics. – 1993. – No. 46. – PP. 145-153.

газоаэрозольные выбросы АЭС моделирование турбулентной диффузии ANSYS FLUENT

Ссылка для цитирования статьи: Мехди Менауер, Панин М.П. Использование средств вычислительной гидродинамики для расчета распространения газоаэрозольных выбросов в условиях сложного рельефа. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2020. – № 4. – С. 96-105. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2020.4.09 .