Моделирование процессов тепло- и массопереноса при глубинном захоронении радиоактивных растворов

• Автор: Иванов, Дмитрий Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Стрелитамак
• Количество страниц: 130 с.

ВВЕДЕНИЕ

СПИСОК ОБОЗНАЧЕНИЙ

Глава 1. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛОМАССОПЕРЕНОСА

1.1. Описание физических процессов, происходящих при фильтрации радиоактивных растворов в пористом пласте

1.2. Решение гидродинамической задачи

1.3. Задача массопереноса в пласте

1.4. Задача теплопереноса в пласте

1.5. Выводы

Глава 2. РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ МАССОПЕРЕНОСА

2.1. Решение задачи в нулевом приближении

2.2. Решение задачи для первого коэффициента разложения

2.3. Построение погранслойного решения
2.4. Анализ результатов
2.5. Выводы
Глава 3. РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ ТЕПЛОПЕРЕНОСА
3.1. Решение задачи в нулевом приближении
3.2. Решение задачи в первом приближении
3.3. Зоны, образующиеся при фильтрации радиоактивных отходов
3.4. Построение погранслойного решения
3.5. Анализ результатов
3.6. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы. Развитие атомной промышленности и широкое использование радиоактивных изотопов привело; к накоплению' большого- количества радиоактивных отходов, которые необходимо утилизировать. К радиоактивным отходам .относятся; не подлежащие дальнейшему использованию материалы, растворы, газообразные среды, изделия, аппаратура, биологические объекты, грунт и т.п., в которых содержание радионуклидов превышает уровни, установленные нормативными актами. Основными источниками радиоактивных отходов являются атомная энергетика, военная промышленность и народное хозяйство. Только в России по данным Минатома объемы накопленных радиоактивных отходов оцениваются в 5-108 м3, суммарная активность которых составляет порядка 7.3-1019 Бк. Причем 85% активности приходится на жидкие радиоактивные отходы. Ввиду большой опасности радиоактивные отходы необходимо утилизировать или изолировать от биосферы.
Существует множество предложений относительно способов обращения с жидкими радиоактивными отходами, например, долговременное наземное хранение, фильтрование, выпаривание, остекловывание, битумирование, глубинное захоронение. По оценкам экспертов оптимальным способом утилизации отходов является их закачка в виде жидких растворов в подземные глубокозалегающие пласты. В основе идеи глубинного захоронения жидких радиоактивных отходов лежит использование таких участков геологической среды, которые благодаря естественным условиям обеспечат локализацию отходов в месте, их захоронения, несмотря на присутствие подземных, преимущественно соленых вод, естественное движения; которых незначительно. Такой способ обеспечивает надежную изоляцию радиоактивных веществ от окружающей среды и людей, поскольку многие виды глубокозалегающих геологических формаций находятся вне сферы активной деятельности человека, не

вовлечены в интенсивный круговорот живого вещества, протекающего, в основном; в приграничном слое поверхности Земли и атмосферы, а также глубокие геологические формации труднодоступны для случайного или преднамеренного проникновения.
Однако, захоронение жидких радиоактивных отходов представляет большую потенциальную опасность для экосистем. Поэтому необходимо разработать надежный метод прогнозирования поведения зон, охваченных воздействием вредных примесей, для предупреждения радиоактивного заражения. Указанный прогноз осуществляется, в основном, расчетным путем, так как возможности экспериментального определения размеров глубокозалегающих зон загрязнения весьма ограничены.
Вопросы захоронения радиоактивных отходов в геологических формациях и возникающие при этом экологические проблемы подробно рассматривались многими исследователями, среди которых можно выделить Белицкого A.C., Кузнецова Ю.В., Никифорова A.C., Орлову Е.И., Рыбальченко А.И., Пименова М.К. Исследованию полей концентрации радиоактивного загрязнителя в пористых пластах посвящено большое число научных работ сотрудников ВНИИВодгео Бочевера Ф.М., Веригина H.H., работы. Гольдберга В.М. Моделированием температурных и радиационных полей при закачке жидких радиоактивных отходов в глубокозалегающие пористые горизонты занимаются Д.М. Носков, А.Д. Истомин, А.Г. Кеслер,
А.Н. Жиганов [35, 59], И.М. Косарева, М.К. Савушкина [28, 29], Е.В. Захарова (Институт физической химии РАН), Ю.М. Волин, С.А. Кабакчи (ГНЦ РФ - НИФХИ), H.H. Егоров, В.А. Лебедев, H.A. Раков, Е.Г. Кудрявцев (Минатом РФ) и другие исследователи.
Целью диссертационной работы является разработка математической модели, описывающей температурные, концентрационные поля и поля давлений, возникающие в глубокозалегающих пористых пластах при фильтрации радиоактивных растворов.

с граничными условиями

^2=1 ^Р,|,=1’ Р|;=-1 ~Р2|г=-1’
р|,=0 = + р|/=0 = о, Р1|(.0=0, р2ц=0,
р| = 0, р,I = О, р,| I ( = о.
г1г-»+оо 7 гНг+г-И-со 7 г^1г+Ы-н-оо
(1.3.24)
(1.3.25)
(1.3.26)
(1.3.27)
Будем искать решение задачи (1.3.21) - (1.3.27), представляя функцию плотности р каждой из областей асимптотической формулой по параметру в [52]
* - р(0) + гр(,) +... + гпр{п) + 0(й), р, = р<0) + 8Р{1} +... + 8пр]п) + 0|И),
р2 “ +8Р2) + — + Е"Р
йр(й)+0(й).
(1.3.28)
Подставив выражения (1.3.28) в (1.3.21) - (1.3.27) и сгруппировав слагаемые по степеням параметра разложения е, получим
ФР[0) а2Р[0)
а? дг
+ А1р

ФР1‘> д2р1)

■ +А1р[

+... - О,
t> 0, г > 0, г > 1,

-5 ]й

■ +А1р:

а/ ‘ дг

Г>0, г > 0, г < -1,
+ А1р«
+ ... = 0,
(1.3.29)
(1.3.30)
-8) П
Оглд Р
2^(0)

• + Б

81 + у-
■8?^ + у
дг г дг

над_+А,р<»>

- +А1р
+ ... = 0, />0, г>0, г <1,

-Р>®£

+ ... = 0,
(1.3.31)
(1.3.32)