(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111590750.5 (22)申请日 2021.12.23 (71)申请人 中国辐射防护研究院 地址 030006 山西省太原市小店区学府街 102号 (72)发明人 赵多新　张俊芳　廉冰　陈龙泉　 姚仁太　黄莎　吕明华　李云鹏　 (74)专利代理 机构 北京天悦专利代理事务所 (普通合伙) 11311 专利代理师 任晓航　白卫光 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) (54)发明名称 一种核设施废气择时排 放的设计方法 (57)摘要 本发明涉及一种核设施废气择时排放的设 计方法， 包括： (1)选 取核设施厂址气象塔常规气 象观测资料和部分时段的三维湍流资料作为数 据基础； (2)建立核设施厂址气象塔常规气象观 测资料和三维湍流资料的相似关系， 并计算厂址 粗糙度； (3)计算厂址逐时的湍流脉动速度， 同时 计算对应时段的理查森数以及对应的混合长， 进 而计算相应的拉格朗日时间尺度； (4)将步骤(3) 中的逐时数据代入泰勒公式计算逐时扩散参数； (5)根据得到的扩散参数和当前时刻风速计算造 成的最大浓度， 最大浓度低于设定限值时进行废 气排放。 本发 明将气象塔常规气象观测数据用于 核设施排放时机决策， 拓展了核设施气象塔数据 的应用价 值。 权利要求书3页 说明书6页 CN 114444262 A 2022.05.06 CN 114444262 A 1.一种核设施废气择时排 放的设计方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： (1)选取核设施厂址气象塔常规气象观测资料和部分时段的三维湍流资料作为数据基 础； (2)建立核设施厂址气象塔常规气象观测资料和三维湍流资料的相似关系， 并计算厂 址粗糙度； (3)以建立的相似关系计算厂址逐时的湍流脉动速度， 同时计算对应时段的理查森数 以及对应的混合长， 进 而计算相应的拉格朗日时间尺度； (4)将步骤(3)中的逐时数据代入 泰勒公式计算逐时扩散参数； (5)根据得到的扩散参数和当前时刻风速计算造成的最大浓度， 最大浓度低于设定限 值时进行废气排 放。 2.如权利要求1所述的核设施废气择时排放的设计方法， 其特征在于， 步骤(1)中所述 的气象塔常规气象观测资料包括气象塔各层的风速、 风向、 温度， 三维湍流脉动资料包括三 维风速、 温度脉动。 3.如权利要求1所述的核设施废气择时排放的设计方法， 其特征在于， 步骤(2)中核设 施厂址气象塔常规气象观测资料和三维湍流资料的相似关系建立方法如下： 根据大气边界层湍流的相似性理论， 湍流脉动速度满足如下的相似性关系： 其中， σu,v,w表示σu或σv或σw， 分别为纵向、 侧向和垂向湍流脉动速度， U*表示特征速度， Fu,v,w(z/L,h/L)为纵向、 侧向和垂向三个方向对应的无因次函数， z为 高度， h为大气边界层 的特征尺度， L 为莫宁—奥布霍夫长度： 其中， U*为特征速度， k 为开尔曼常数， θ 为 位温， θ’为温度脉动量， w ’为垂向脉动速度， 只考虑核设施近地 面层相似性关系函数如下： 这里U*取地面摩擦速度， 对中性层结有： 湍流扩散强弱可以用三个方向的湍流度Iu、 Iv、 Iw来度量， 它 们分别为： 其中， U是平均风速， 如果风速廓线也遵守莫宁—奥布霍夫相似性， 那么湍流度也遵守 相似性， 通过部分湍流观测数据以及常规气象观测资料， 确定相似性关系的函数形式以及中性 条件下A、 B、 C的取值。 4.如权利要求1所述的核设施废气择时排放的设计方法， 其特征在于， 步骤(2)中， 假定权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114444262 A 2100米高度以下气层遵守 近地面层规律： 其中， u2、 u1分别为高度z2、 z1对应的 风速， z0为地面粗糙度， 选取全年中性稳定度的风廓线资料， 采用最小二乘法估算地面粗糙 度。 5.如权利要求1所述的核设施废气择时排放的设计方法， 其特征在于， 步骤(3)中计算 理查森数的方法如下： 分别表示垂 直方向上的风速梯度， 表示位温梯度， 可以由气象塔常 规气象观测资料计算得到， 稳定度函数Sh、 Sm可表示为通量理查森数Rf的函数： 其中， 通量查森数Rf由梯度理查森数Ri求得： 其中， Ch、 Cm、 Rf1、 Rf2为常数， Ri≥0.191时， Rifc取常数0.2。 6.如权利要求1所述的核设施废气择时排放的设计方法， 其特征在于， 步骤(3)中计算 拉格朗日时间尺度的方法如下： l表征了影响污染物扩散湍涡尺度的大小， 其计算结果为离地面高度z与稳定度的变 量： 其中， k＝0.38， Sm为稳定度函数， 格朗日时间尺度可以表示 为， ct为常数： TLu、 TLv、 TLw分别为水平u、 水平v和w方向的拉格朗日时间尺度， u ’、 v’、 w’分别表示三个 方向的湍流脉动速度。 7.如权利要求1所述的核设施废气择时排放的设计方法， 其特征在于， 步骤(4)中计算 扩散参数的方法如下： 式中， σi为水平或垂向扩散参数， σi为水平或垂向湍流脉动速度， tL为拉格朗日时间尺 度， T为扩散时间。 8.如权利要求1所述的核设施废气择时排放的设计方法， 其特征在于， 步骤(5)中所述 最大浓度的计算方法如下： 权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114444262 A 3