Efectos de las Mejores Condiciones de Frontera de Entrada de la Capa Límite Atmosférica para Terreno Irregular en la Dispersión de Contaminantes de Instalaciones Nucleares
Autores: Wang, Zhongkun; Ding, Dexin; Dou, Xiumin; Li, Zhengming
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Efectos de las Mejores Condiciones de Frontera de Entrada de la Capa Límite Atmosférica para Terreno Irregular en la Dispersión de Contaminantes de Instalaciones Nucleares
Categoría
Ciencias Naturales y Subdisciplinas
Subcategoría
Astronomía
Palabras clave
Condiciones de contorno
Capa límite atmosférica
Número de Schmidt turbulento
Simulaciones numéricas
Dispersión de contaminantes
Instalaciones nucleares
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 9
Citaciones: Sin citaciones
La especificación de las condiciones de contorno de entrada juega un papel crítico en las simulaciones de dinámica de fluidos computacional (CFD) de la dispersión de contaminantes de instalaciones nucleares, particularmente en regiones caracterizadas por un terreno irregular. Estudios previos a menudo han simplificado dicho terreno al aproximarlo como una superficie plana para reducir la complejidad computacional. Sin embargo, este enfoque no logra capturar adecuadamente la dinámica real de la capa límite atmosférica inherente a las topografías irregulares. Para abordar esta limitación, este estudio llevó a cabo experimentos de trazadores de dispersión atmosférica diseñados específicamente para instalaciones nucleares situadas en terrenos no uniformes. Se desarrolló una nueva condición de contorno de entrada, denominada Capa Límite Atmosférica de Terreno Irregular (ABLUT), modificando el modelo atmBoundaryLayer existente en OpenFOAM. Se realizaron simulaciones numéricas utilizando tanto las condiciones de contorno predeterminadas como las propuestas ABLUT, incorporando diferentes modelos de turbulencia y examinando la influencia de los números de Schmidt turbulentos en un rango de 0.3 a 1.3. Los resultados demuestran que la condición de contorno ABLUT, particularmente cuando se acopla con un número de Schmidt turbulento de 0.7 y el modelo de turbulencia, produce el acuerdo más cercano con los datos experimentales de dispersión de trazadores. Notablemente, los análisis comparativos entre los modelos predeterminados y mejorados revelaron discrepancias significativas en los perfiles de velocidad del viento cerca de la superficie, con desviaciones que se vuelven cada vez más pronunciadas a mayores elevaciones. Se llevaron a cabo simulaciones numéricas para evaluar la distribución a nivel del suelo de la Dosis Efectiva Total Equivalente (TEDE) para cuatro radionúclidos típicos ( , , y ) emitidos por instalaciones nucleares bajo condiciones de velocidad del viento tanto más altas como más bajas. Los resultados demuestran que los máximos de TEDE en todos los escenarios se mantienen órdenes de magnitud por debajo de los límites anuales regulatorios. Estos hallazgos proporcionan información crítica para mejorar la precisión de las simulaciones de campo de viento en las cercanías de instalaciones nucleares ubicadas en terrenos irregulares, contribuyendo así a una mejor evaluación de riesgos y evaluaciones de impacto ambiental.
Descripción
La especificación de las condiciones de contorno de entrada juega un papel crítico en las simulaciones de dinámica de fluidos computacional (CFD) de la dispersión de contaminantes de instalaciones nucleares, particularmente en regiones caracterizadas por un terreno irregular. Estudios previos a menudo han simplificado dicho terreno al aproximarlo como una superficie plana para reducir la complejidad computacional. Sin embargo, este enfoque no logra capturar adecuadamente la dinámica real de la capa límite atmosférica inherente a las topografías irregulares. Para abordar esta limitación, este estudio llevó a cabo experimentos de trazadores de dispersión atmosférica diseñados específicamente para instalaciones nucleares situadas en terrenos no uniformes. Se desarrolló una nueva condición de contorno de entrada, denominada Capa Límite Atmosférica de Terreno Irregular (ABLUT), modificando el modelo atmBoundaryLayer existente en OpenFOAM. Se realizaron simulaciones numéricas utilizando tanto las condiciones de contorno predeterminadas como las propuestas ABLUT, incorporando diferentes modelos de turbulencia y examinando la influencia de los números de Schmidt turbulentos en un rango de 0.3 a 1.3. Los resultados demuestran que la condición de contorno ABLUT, particularmente cuando se acopla con un número de Schmidt turbulento de 0.7 y el modelo de turbulencia, produce el acuerdo más cercano con los datos experimentales de dispersión de trazadores. Notablemente, los análisis comparativos entre los modelos predeterminados y mejorados revelaron discrepancias significativas en los perfiles de velocidad del viento cerca de la superficie, con desviaciones que se vuelven cada vez más pronunciadas a mayores elevaciones. Se llevaron a cabo simulaciones numéricas para evaluar la distribución a nivel del suelo de la Dosis Efectiva Total Equivalente (TEDE) para cuatro radionúclidos típicos ( , , y ) emitidos por instalaciones nucleares bajo condiciones de velocidad del viento tanto más altas como más bajas. Los resultados demuestran que los máximos de TEDE en todos los escenarios se mantienen órdenes de magnitud por debajo de los límites anuales regulatorios. Estos hallazgos proporcionan información crítica para mejorar la precisión de las simulaciones de campo de viento en las cercanías de instalaciones nucleares ubicadas en terrenos irregulares, contribuyendo así a una mejor evaluación de riesgos y evaluaciones de impacto ambiental.