理想条件下氡及其子体运移规律研究

从实验入手,应用高灵敏度、高精度、静态、易于重复观测的ＣＤ－１α杯测氡方法,在室内较理想条件下,研究了氡及其子体自身固有的运移规律。主要发现是：氡及其子体比重很大;但在理想空气中,它向上运移能力与向下运移能力相似,甚或超过,而远远大于横向运移能力。其规律是,氡及其子体向上运移的贡献大于４５％,向下运移不及４５％,扩散作用小于１０％。     

氡及其子体运移规律的实验研究

氡及其子体的运移规律研究是基础理论课题之一,从实验入手,通过在室内内较理想的条件下所进行的氡及其子体“自身”固有运移规律实验研究,发现氡及其子体在较理想条件下的空气中,纵向运移能力远大于横向运移能力,向上运移能力与向下运称能力相当,甚至有超过的现象。其规律是：扩散作用小,不及１０％,地球引力导致是的下沉作用不及４５％,氡及其子本上浮的贡献大于４５％。     

氡及其子体向上运移的内因与团簇现象

氡及其子体密度很大,但在理想空气中具有明显向上运移能力,这不是用外因可以阐述的现象,而有其固有的内因。其机理是：氡及其子体和母体多为α辐射体,它们放出的α粒子减速后成为４Ｈｅ,能与氡及其子体和母体形成复合团簇。氦很轻,当其复合团簇浮力大于重力时,团簇便会自行上升,成为氡及其子体向上运移的内因。据此,不能只以氡的半衰期最长不过３．８２５ｄ来计算氡及其子体的运移距离,而应从团簇的总效应来考虑其效果。而且氡及其子体与氦能形成复合团簇的认识,对其他重金属微粒组成的地气和气溶胶运移研究是有意义的,它们有相似属性。     

不同介质中氡运移的异常现象与α衰变

研究了氡在不同介质模型中的运移情况 ,实验得出 :氡及其子体在竖立的封闭空气模型中 ,运移距离大大超过 2 7m,远远超过扩散作用达到的范围 ;在空气、砾石、水和砂介质模型顶端 ,氡及其子体均呈阵发性而不是连续性变化。出现这些异常情况 ,是由于氡及其子体的产生与 α衰变有关 ,α粒子系 4He,它能与氡及其子体形成 He-Rn等团簇现象引起的。借助来自铀矿石的氡比来自液体镭源的氡具有更强的向上运移能力 ,论证了 He-Rn团簇的存在。     

铀矿通风尾气中气态放射性核素氡大气扩散数值模拟

以某铀矿排风井为对象建立物理模型,通过建立核素氡扩散数学模型,利用CFD方法耦合求解得到不同大气风速(0.5,1.0,2.0,4.0 m/s)和下垫面粗糙度(0.1 m,1.0 m)下的大气风场结构及核素氡的浓度分布状况.研究结果表明:大气风速和下垫面粗糙度对核素氡的迁移扩散具有重要的影响;当大气风速小于0.5 m/s时,此时地面粗糙度对核素氡迁移扩散起主导作用.地面粗糙度越大,近距离的氡气浓度越高,局部污染越严重,主要污染范围在100 m以内;当大气风速大于2.0 m/s时,大气风速对核素氡迁移扩散起主导作用.大气风速越大,氡气迁移扩散能力越强,污染距离越大,局部污染较轻,主要污染范围在400 rn以内.文中数值计算方法和结论可以为铀矿区辐射防护及新建铀矿山选址提供参考.     

重力式地下孔灌土壤水分运动规律试验研究

设计了一种重力式地下孔灌系统,具有集雨和灌溉双重功能.通过室内土箱试验,研究了不同压力水头、竖管孔径和埋深条件下土壤水分运动规律.结果表明:Philip入渗模型能够较好地描述重力式地下孔灌土壤入渗过程,决定系数大于0.99;累积入渗量随压力水头和竖管孔径的增大而增大,竖管埋深对其影响微弱;幂函数能够较好地描述湿润锋运移过程,湿润锋运移距离呈现出垂直向下大于水平方向、水平方向大于垂直向上的规律;三个方向上的湿润锋运移距离与压力水头和竖管孔径呈正相关,竖管埋深对其影响较小.重力式地下孔灌土壤入渗主要受压力水头、竖管孔径等因素的影响.     

氡在侏罗纪煤中运移规律的实验研究

为了掌握氡探测煤矿隐蔽火源的机理,运用自主设计的可控角度实验装置,以铀矿石为氡源,研究分析了氡在侏罗纪煤体中不同煤温条件下和不同方向上(β倾角)的运移规律。实验结果表明,氡在侏罗纪煤体中的运移具有方向性:同一煤温时,距氡源相同距离位置处的氡浓度值随β倾角的增加而增大;同一方向上,氡浓度值随距氡源距离的增加而减小,温度越高减小速率越快;同一位置处温度越高氡浓度值越大。计算出了不同煤温下和不同方向上氡在侏罗纪煤体中的运移系数、运移速度和运移总量,结果表明运移系数、运移速度和运移总量均随方向和温度的变化呈一定的变化规律,发现氡-氦团簇作用是氡在侏罗纪煤体中竖直运移的主导因素;运移系数、运移速度和运移量随β倾角的变化规律解释了氡在侏罗纪煤体中运移具有方向性的原因,对测氡法探测隐蔽火源位置具有一定的指导意义。     

土壤水分运移温度效应的数值研究

分析了土壤水分运移温度效应的机理,基于“表面张力-粘滞流理论”对“六场-相变-扩散模型”中的土水势、非饱和水力传导系数和水分扩散系数三个参数进行了改进,即考虑了它们的温度效应,继而通过对0.2 m×0.2 m的二维砂土剖面的热湿耦合运移进行了为期60 d的数值计算,通过比较原模型和改进模型的计算结果,考察了土壤水分运移温度效应的大小.计算结果表明:第10 d,20 d,30 d,40 d,50 d和60 d时,温度效应对土壤水分含量的相对影响分别为4.98%,5.57%,6.23%,6.96%,7.78%和8.7%.同时发现,土壤水分运移的温度效应在土壤表层表现得最为明显.     

压差对含裂缝硐室氡运移影响的数值模拟研究

为研究地下硐室存在裂缝下的氡运移规律,依据某人防工程的构造和物理几何尺寸,建立了适合裂缝网络渗流特性的数学模型和氡运移方程,采用计算流体力学方法,研究了不同室内外压差条件下含裂缝硐室内氡的运移规律。结果表明:分形裂缝网络的渗流模型来表征墙体裂缝的渗流特性具有可行性;随压差从5 Pa增至30 Pa,压差抑制了氡从裂缝中扩散到室内的运移,裂缝处流出的氡质量流量总减少76.5%;压差对排氡起促进作用,从排风口处流出的质量流量总增加了186.2%。硐室在滤毒通风状况下,压差为20 Pa时排氡效率最高,最有利于室内氡的控制。压差的增大可等效为换气次数的增加,顶送下回的送风方式容易造成靠近送风口处氡的堆积且在室内易产生涡流。     

石油污染土壤胶体特征及其在多孔介质中的运移

为揭示石油污染土壤胶体在地下环境中的运移规律,从辽河油田采集石油污染土壤样品,运用沉降法分别提取3个粒级(5μm、2μm、1μm)的胶体.并对这些胶体的主要理化特征进行了表征.同时,通过淋滤实验研究了在石英砂多孔介质中上述胶体的运移行为,以及p H和离子强度等环境因子对该运移行为的影响.结果表明:3个粒级胶体的粒径分布分别在4.8~5.7μm、1.9~2.3μm和0.9~1.2μm;石油污染土壤胶体微观形貌呈现片状;当p H从4升到9,3个粒级胶体Zeta电位的变化范围分别在-40.4~-32.4 m V、-49.8~-35.0 m V和-52.4~-24.0 m V;相应地,3个粒级胶体在多孔介质中运移的回收率(MR)变化范围分别为31.62%~63.39%、58.55%~81.25%和62.27%~83.51%.这些说明p H对胶体的运移有明显的影响,中性溶液条件更有利于胶体在多孔介质中的运移.随着离子强度从0.001 mmol/L升高到1 mmol/L,3个粒级胶体穿透曲线MR均逐渐降低.说明无机离子使胶体迁移能力降低.同时,小粒径胶体更容易穿透多孔介质.     

聚酰亚胺薄膜的热扩散特性研究

研究一种可见光/红外转换薄膜. 给出转换薄膜热扩散的理论公式,并进行求解,得出薄膜的温度扩散分布曲线. 对于3种不同厚度的薄膜热扩散距离的仿真结果分别为113.0,113.4,114.2 μm. 制备了不同厚度的聚酰亚胺薄膜并设计了实验,热扩散距离的实验结果分别为119.6,121.6,122.8 μm. 实验结果表明,该理论模型是基本正确的. 基于这种薄膜制备的可见光/红外图像转换器,可用于对各种红外成像仪器进行性能检测和实验.      

松材线虫在抗性黑松体内移动及寄主水势变化

以接种松材线虫的1年生抗性黑松苗为实验材料,用感病黑松苗作对照来研究松材线虫在抗性黑松体内的移动及寄主水势变化.结果表明:接种初期,松材线虫在树体内的数量少,移动速度慢;在抗病黑松体内,线虫主要向下移动,且虫体数量明显少于在感病黑松体内的数量;在感病黑松体内线虫自接种点向上、下移动,且向下移动的速度和虫体数量明显大于向上的.随着时间的推移,线虫开始繁殖,扩散能力增强.水势测定结果显示,感、抗病黑松水势变化总趋势是先上升后下降再上升.     

圆管状多孔射气介质氡析出规律的理论研究

基于在多孔射气介质中氡的渗流-扩散迁移理论,建立了圆管状多孔射气介质氡的迁移数学模型,并获得了稳态条件下氡浓度分布的解析解和氡析出率的计算公式。通过研究,获得以下结论:1)圆管管壁内靠近圆管内外表面的氡浓度和氡浓度梯度随着扩散系数的增大而减小;2)圆管内外表面的氡析出率随扩散系数的增大而增大,并逐渐趋于最大值;整个圆管的氡析出份额随扩散系数的增大而增大并逐渐趋于1;3)圆管管壁内的氡浓度峰值的大小随着圆管内外表面压差值的增大而减小;其中氡浓度峰值最大时压差为20 Pa;氡浓度峰值最小时压差为60 Pa;4)当圆管内外表面存在压差时,高压侧的圆管表面的氡析出率随着压力梯度的增大而减小,并逐渐趋于0;低压侧的圆管表面的氡析出率随着压力梯度的增大而增大,并逐渐趋于最大值;整个圆管的氡析出份额随着压差值的增大而增大,并逐渐趋于1。     

低频振动下铀尾砂氡析出机理研究

为探究铀尾砂氡析出内在机理,以铀尾砂为研究对象,针对振动频率、振幅、试验温度、试样含水率四个因素,采用控制变量法,以开环的形式进行振动氡析出试验。结果表明:振动作用加剧了铀尾砂氡析出。振动频率加快,铀尾砂愈发疏松、颗粒裂隙增多,加剧氡析出;振幅小于A时,振动作用导致铀尾砂堆松散程度增加,利于氡原子从颗粒间隙中逸出;振幅大于A小于5A时,振动导致铀尾砂颗粒反复摩擦,愈发光滑,促使颗粒间愈发密实,填堵了原有的气流通道,氡析出减弱;振动下温度升高,铀尾砂颗粒内外形成孔隙压、浓度差,氡热运动加剧,致使氡析出加剧;含水率小于15%时,孔隙水增强氡射气成为主导,捕获更多的氡原子,随着含水率增大,氡析出加剧;含水率大于15%时,孔隙水阻碍氡扩散成为主导,抑制氡析出,随着含水率增大,氡析出减弱。     

铀矿排风井周边地表大气氡致辐射效应的数值模拟

为了指导铀矿排风井周边地表环境的辐射防护设计,基于放射性气态流出物大气扩散的高斯烟羽模型,建立了铀矿排风井周边地表年均氡浓度以及公众个人年有效剂量的数学计算模型,研究了排风井气态流出物初始氡浓度、排风风量和源强对排风井周边地表1 km范围内年均氡浓度以及公众个人年有效剂量分布的影响.结果表明,在其他参数不变的情况下,年均氡浓度和公众个人年有效剂量的最大值随气态流出物初始氡浓度的增加而增大,随排风风量的增加而减小;最大值离井口的距离和氡致辐射的影响范围随初始氡浓度的增加而增大,随排风风量的增加而减小;相同源强下,最大值随气态流出物的初始氡浓度增加而增大,随排风风量的增大而减小;最大值离井口的距离随排风风量的增加而增大.最后,根据所得结论提出铀矿排风井周边的辐射防护建议.     

横纵向尺度对圆柱形密闭空间火烟流影响分析

 分析了圆柱形密闭空间内火驱动烟气流动的几何特征。由于顶蓬的拱形形状限制,烟流既沿着顶蓬倾斜向下运动,还将向火区中心水平流动,使得火区上方的烟气沉降速度要较两侧明显加快。采用大涡模拟和混合分数方法,对圆形横截面密闭空间火灾进行数值分析,计算结果验证了圆柱形密闭空间内烟流的几何预测。通过对横向尺寸为6.4m,纵向尺度分别为6m、9m、12m的圆柱形空间火灾烟气温度分布比较,表明随着纵向尺度的增加,受限空间内顶蓬下2cm和顶蓬下D/4处温度值显著下降,且延迟了顶蓬处达到温度最大值的时间。通过对纵向尺度为12m,横向尺度分别为3.2m、6.4m、9.2m的圆柱形空间温度分布比较,表明随着横向尺度的增加,顶棚下2cm和顶蓬下D/4处温度温度同样明显下降,并当横截面尺度为3.2m时,使得受限空间内氧气含量不足,约 160s时火源停止了燃烧。横截面尺度的缩小将限制火源的持续燃烧,使火源热释放速率迅速下降,显著降低火场的危害性。     

冲击作用下水力驱动装置流固耦合动力学

研究反应堆控制棒水力驱动装置在冲击作用下的流固耦合动力学问题。针对系统受向上和向下冲击两种情况,以及系统不同的设计参数,采用商用软件MSC.DYTRAN计算了系统计算模型的动力学响应。计算结果表明水力驱动装置在冲击载荷下的响应与冲击方向、步进缸水柱长短有关。向下冲击比向上冲击使系统产生更大的响应;在同样的冲击下,步进缸水柱越长响应幅值越大。此分析结果可用来评估系统的抗冲击能力。     

地层温度场下地下开采矿山斜坡道内氡运移数值模拟研究

开展伴生放射性矿的氡运移研究有利于开采过程中的氡污染治理,对矿山的安全生产有重要意义。引入温度梯度函数进行地层温度模拟,通过建立对流-扩散-衰变数学模型与斜坡道三维几何模型,对地层温度场下伴生放射性矿斜坡道进行了数值模拟研究,探索了地层温度场和通风流场对氡累积与运移的影响。研究表明:流场特征很大程度上决定氡浓度场的空间分布特征,而温度场同样也影响各区域的氡浓度大小。采用通风降氡时,流场中气流组织更好的区域氡浓度变化更大,地层温度场对硐室氡浓度影响更为敏感,本次模拟中温度升高1 K斜坡道氡浓度增加14.7 Bq/m³,硐室增加约22.0 Bq/m³。     

变形介质储层压力恢复试井曲线特征

针对深层高压、致密低渗和裂缝性油气藏介质变形对储层物性影响显著的特点,建立了变形介质储层压力恢复试井理论模型。定义了表征渗透率变化的拟压力函数对方程进行拟线性化处理,并利用数值方法计算得到了变形介质储层不稳定试井典型曲线,对比分析了介质变形对典型曲线特征的影响。变形介质储层压降试井和压力恢复试井曲线特征明显不同。径向流阶段,压降试井和压力恢复试井导数值均高于0.5;压力降落试井压力导数曲线随生产时间逐渐上升,且渗透率模量越大,压力曲线与压力导数曲线的距离越小;压力恢复试井压力导数曲线随关井时间逐渐下落,且渗透率模量越大,压力曲线与压力导数曲线的距离越大。生产时间越长,压降曲线与压力恢复曲线差别越明显,叠加原理不再适用于变形介质储层。     

球团竖炉内气体流动的数值模拟

根据气固填料床动力学,建立了“导风墙-烘干床式”球团竖炉内气体流动的数学模型·运用自编程序数值求解炉内速度场,研究炉内气体流动的基本规律,探讨竖炉操作参数对炉内气体流动的影响规律·结果表明:焙烧风和冷却风在进口处呈放射状,之后斜向上或斜向下分别流入焙烧-预热带和导风墙内;整个均热带内气流较为薄弱;炉内存在三种气流分流的可能,流入风量比是决定气流分流的最主要因素,其中,流入风量比增加,焙烧风下行趋势增大,而冷却风上行趋势减小;临界流入风量比主要取决于结构参数和料层情况