室内220Rn及其子体输运的CFD模拟

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近几十年来,氡及其子体引发的健康危害受到国际相关组织和人群的广泛关注,氡(包括220Rn及其子体的辐射照射导致世界范围内成人平均年有效剂量达1.2mSv。与222Rn相反,220Rn及其子体的相关剂量问题一直被忽视,UNSCEAR1993报告指出220Rn及其子体所致有效剂量仅为222Rn及其子体的6%。随着人们对220Rn及其子体的认识不断提高,以及相关国家和地区室内调查的兴起,世界范围内相继发现了较高水平室内220Rn浓度的案例,220Rn的问题重新引发了人们的关注。由于实验方法和测量技术的限制,计算机数值模拟为室内220Rn及其子体问题提供了另一种研究方法。室内220Rn及其子体的数值模拟离不开对空气流场的处理,通常的数值模拟方法并不能有效的解决这一问题,计算流体力学(CFD)方法却具有显著的优势。CFD模拟可以很好的解决:220Rn在空气流场中的运动、衰变;220Rn子体在空气流场中的输运特征,以及在壁面处的沉积。CFD方法可以为室内220Rn及其子体的分布特性以及剂量评估提供了比较精确的计算结果。本文通过对空气中220Rn及其子体的运动特性的分析,利用湍流扩散方程描述空气中220Rn的运动;利用“滑移通量模型”描述220Rn子体的运动。通过计算220Rn子体在室内壁面处的沉积速度得到220Rn子体的沉积量,并以此作为边界条件。在此基础上,编写相关的计算程序,链接到FLUENT求解器,与空气流场进行耦合求解。本文通过选取不同的换气速率、不同壁面220Rn析出率的情况下,计算室内220Rn及其子体的浓度水平,研究了室内220Rn及其子体之间的平衡因子的特性,讨论了平衡因子值的选取,为室内220Rn的剂量评估提供合理的、可信的结果。
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