Атмосферный мониторинг и диагностика аэрозолей

• Автор: Будыка, Александр Константинович
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 219 с. : ил

ВВЕДЕНИЕ

роблема и пути ее решения обзор И

Методы определения характеристик аэрозолей

Улавливание аэрозолей волокнистыми материалами при высоких

скоростях фильтрации

Газоаэрозольные продукты аварии на Чернобыльской АЭС

Постановка задачи исследований

Часть 1. Расчетные и инструментальные основы мониторинга газо

аэрозольных систем с помощью волокнистых фильтров

Введение

Глава 1. Закономерности высокоскоростного улавливания аэрозолей

волокнистыми фильтрами
1.1. Характеристики структуры волокнистых материалов. Сходство и
различие структуры волокнистых фильтров и веерной модели
1.1.1. Моделирование структуры волокнистого фильтра
1.1.2. Характеристики линейной структуры
1.1.3. Статистические характеристики структуры волокнистого фильтра с
дефектами
1.2. Гидродинамические свойства веерной модели и волокнистых фильтров
1.2.1. Конструкция и параметры веерных моделей. Экспериментальные
установки
1.2.2. Результаты экспериментов при промежуточных числах Рейнольдса
1.2.3. Режим течения со скольжением
1.3. Инерционное осаждение аэрозольных частиц в фильтрах
1.3.1 Экспериментальная установка
1.3.2. Результаты измерений
1.3.3. Определение коэффициентов инерционного захвата
1.3.4. Отскок от поверхности волокон
1.3.5. Режимы отбора проб аэрозолей на аналитические фильтры
1.4. Обсуждение результатов
Глава 2. Метод многослойных фильтров
2.1. Метод анализа дисперсности аэрозолей
2.1.1 Теоретические основы
2.1.2. Априорная функция распределения частиц по размерам
2.1.3. Ядра интегральных уравнений
2.1.4. Методы поиска параметров логнормального распределения
2.1.5. Требования к фильтрам
2.1.6. Диапазон определяемых размеров частиц
2.1.7. Точность оценок параметров логнормального распределения
2.1.8. Волокнистые фильтры для дисперсного анализа аэрозолей
2.2. Сорбционно фильтрующие материалы для улавливания летучих веществ
2.2.1.Принцип улавливания
2.2.2. Улавливание газообразных соединений радиоактивного йода
2.3. Композиция многослойного фильтровального пакета для атмосферного мониторинга
2.4. Особенности отбора и анализа аэрозолей пакетами их волокнистых фильтров ФП
2.5. Обсуждение результатов
Заключение по первой части
Часть 2. Мониторинг и диагностика природных и антропогенных аэрозолей
Введение
Глава 3. Нерадиоактивные аэрозольные объекты
3.1. Трансформация аэрозольных выбросов горно металлургических комбинатов и тепловых электростанций
3.2. Аэрозоли пограничного слоя атмосферы над Москвой
3.2.1. Характер задачи
3.2.2. Регламент отбора проб и метеорологические условия
3.2.3. Результаты и их обсуждение
Глава 4. Мониторинг природных радиоактивных аэрозолей
4.1. Характеристики аэрозолей Ве, Р, Р, Б и2РЬ
4.2. Аэрозоли 4РЬ и РЬ вдоль железнодорожной трассы МоскваХабаровск 1
4.2.1. Отбор проб и их измерение
4.2.2. Результаты мониторинга и их обсуждение
Глава 5. Диагностика радиоактивных аэрозолей атомных реакторов
5.1. Характеристики аэрозолей исследовательских реакторов ИРТ и ВВРМ
5.2. Характеристики аэрозолей реактора РБМК Ленинградской АЭС
Заключение по второй части
Часть 3. Газоаэрозольные продукты Чернобыльскою генезиса
Введение
Глава 6. Эволюция дисперсных продуктов аварии
6.1 Краткая характеристика аварийной ситуации
6.2. Условия и стратегия исследований. Техника отбора проб
6.3. Объемная активность и радионуклидный состав аэрозолей
6.4. Эволюция дисперсности аэрозолей Чернобыльского генезиса
6.4.1. Особенности исследования дисперсности аэрозолей методом многослойных фильтров
6.4.2. Начальный период аварии
6.4.3. Аэрозоли в приземном слое воздуха ближней зоны в г.
6.4.4. Аэрозоли в производственных помещениях III блока ЧАЭС
6.4.5. Аэрозоли над разрушенным реактором в августесентябре г.
6.4.6. Вторичные аэрозоли чернобыльского генезиса в дальней зоне
6.4.7. Аэрозоли летучих радионуклидов
6.4.8. Вторичные аэрозоли 5км зоны ЧАЭС. Эволюция дисперсного состава в гг.
6.4.9. Индивидуальные характеристики вторичных высокоактивных аэрозольных частиц в приземном слое атмосферы.
6.5. Влияние пожаров и сильных ветров на образование и характеристики радиоактивных аэрозолей
6.6. Обсуждение результатов
Глава 7. Эволюция фазового состава радионуклидов йода и рутения
7.1. Введение
7.2. Фазовый состав йода и рутения в атмосфере ближней и дальней зон ЧАЭС.
7.3. Влияние продолжительности отбора проб на результаты мониторинга фазового состава ь I. Данные измерений.
7.4. Модели
7.4.1. Адсорбционный характер взаимодействия между газовой и 0 дисперсной фазами
7.4.2. Схема расчета
7.4.3. Результаты расчетов и их обсуждение
Глава 8. Вопросы дозиметрии и зашиты от радиоактивных аэрозолей Чернобыльской аварии
8.1. Растворимость вторичных радиоактивных аэрозолей
8.2. Лесные пожары как источники дополнительной радиационной опасности
8.3. Учет газообразных соединений радиоактивного йода при расчете ингаляционных доз.
8.4. Поправки к дозовым коэффициентам Се, 9,8г и Ри для аэрозолей Чернобыльского генезиса
8.5. Обоснование выбора средств индивидуальной защиты при ликвидации последствий Чернобыльской аварии
ВЫВОДЫ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Список литературы


В качестве модельных фильтров применяли сетки, наложенные друг на друга . Экспериментальные исследования, проведенные А. А. Киршем и И. А. Фуксом , , показали, что при невысоких скоростях воздушного потока при малых числах Рейнольдса, Не очень хорошей является веерная модель волокнистого фильтра. Веерная модель представляет собой систему, состоящую из рядов параллельных цилиндров, причем каждый последующий ряд повернут относительно предыдущего на произвольный ненулевой угол. I есмотря на то, что веерная модель пока не подлежит прямому расчету в силу се трехмерности, она, повидимому является наилучшей регулярной структурой для экспериментального изучения закономерностей филырации. С одной стороны, для ряда параллельных цилиндров поле течения известно. С другой стороны, статистические характеристики структуры веерной модели достаточно близки к характеристикам случайной волокнистой структуры, чего нельзя сказать о других моделях . Свидетельством тому являются исследования гидродинамических свойств веерной модели при малых Не и ее фильтрующих свойств в отсутствии инерционного осаждения и электростатического захвата. Проведенные эксперименты позволили А. А. Киршу и И. В. Стечкиной получить формулы для расчета аэрозольных фильтров, причем в расчетах для описания ноля течения в системе параллельных цилиндров при Ис была использована ячеистая модель Кувабары . Отличие от реальных фильтров заложено в эмпирическом коэффициенте неоднородности, определяемом как отношение перепада давления на волокнистом фильтре и веерной модели. Существенно, что измеренные таким образом коэффициенты неоднородности были успешно использованы в расчетах захвата аэрозолей за счет диффузии и зацепления. Экспериментальные исследования свойств веерной модели в переходном режиме течения газа Ие порядка 1 и более, в режиме течения со скольжением большие числа Кнудсена и в области инерционного захвата аэрозолей выполнены нами . Для мониторинга аэрозолей используют высокие скорости фильтрации. Яе ведет к возрастанию инерционного члена в уравнении НавьеСтокса, что создает значительные трудности при расчете поля течения даже в ряде параллельных цилиндров. Аналитически исследован лишь предельный случай потенциального обтекания Яех Г. Л. Натансон, . Рост скорости фильтрации выражается в том, что зависимость перепада давления на фильтре от скорости газа из линейной постепенно переходит в квадратичную. Для расчета при промежуточных числах Яе применяют методы, в основном использующие ячеистую модель Кувабары. Так, Бушер и Луа предложили метод расчета, объясняющие экспериментальные данные Робинсона и Франклина и Фэна с соавт. Эми с соавт. Рейнольдса от 1 до 0 при различных плотностях упаковки волокон. Яе 1. Экспериментальные исследования гидродинамических характеристик реального волокнистого фильтра при промежуточных Яе с целыо получения формул для расчета перепада давления проведены Робинсоном и Франклином и многими другими авторами. Гидродинамические характеристики фильтров ФП изучены в работах . Яе4 , что имеет практическое значение для выбора средств высокоскоростного отбора проб на волокнистые фильтрующие материалы. Определяющим становится инерционный захват. Эффективность инерционного осаждения частиц на волокне фильтра характеризуется числом Стокса. Каннингема, рр, V и г плотность, скорость и радиус частицы, соответственно, динамическая вязкость газа, а радиус волокна. Коэффициент инерционного захвата Т находят из траектории частицы, которая зависит не только от поля течения вблизи волокна, но и от поля течения в целом. Эта задача существенно более сложная, чем расчет захвата за счет эффекта зацепления, так как частица в силу своей инерционности смещается с линии тока. Очевидно, при 0 частицы двигаются вдоль линий тока, а при оо гх1 И все частицы из потока, сечение которого равно площади препятствия, осаждаются на нем. Если вклады инерции и зацепления в суммарный коэффициент захвата сопоставимы, трудно выделить инерционный эффект в чистом виде. В этом случае рассматривается захват за счет совместного действия этих механизмов.