气泡发生器结构与性能研究

发布时间：2020-08-17 13:06

【摘要】：熔盐堆在运行过程必须不断地去除氙等气体裂变产物。气泡发生器是熔盐堆除气系统重要装置之一,其作用是通过连续向回路中注入一定尺寸和数量的小气泡,均布在熔盐中的气泡会在扩散作用下吸收熔盐中的氙、氪等裂变产物,含有这些毒物的气泡最终会再被分离出来,从而达到除去有害气体的目的。在橡树岭国家实验室设计的基础上,本文为钍基熔盐研究堆脱气系统设计了气泡发生器试验件,并在专门建造的水回路中对其工作特性进行了研究,掌握了文丘里式气泡发生器的工作原理、特点和关键参数。气泡发生器采用文丘里管结构,利用扩张段产生的强烈湍流,将连续气相碎化成微小气泡。通过实验改进喉部直径和进气孔数量和大小得到满足设计要求的最佳设计参数。由于文丘里管利用有机玻璃材料加工而成,所以其气泡碎化过程完全可视化,通过高速摄像采集系统对发生器的气泡碎化及气泡分布和运动过程等进行了记录和分析,获得了截面含气率、滑速比、气泡尺寸分布等主要参数,分析气液相流速对于碎化后气泡大小的影响。实验结果表明,截面含气率在0.1%～0.2%范围内时,气泡发生器产生的气泡直径在0.5～0.6mm之间,且大小分布均匀,满足设计要求。运用FLUENT软件模拟和研究了两种假设条件下气泡发生器内的流场分布,分析文丘里管式气泡发生器内气泡的碎化原理。由于气泡发生器内的截面含气率很低,气泡对水的流动过程影响极小,所以,可忽略气相的影响,通过分析气泡发生器内单相紊流的流动情况,尝试分析气泡破碎的原因,然后,在气泡碎化的集中区域设置一小球,来模拟该处的气泡。通过数值计算,得到小球周围的压力场、速度场,并在此基础上分析小球的受力情况。分析结果表明,小球底部和顶部间的压差很大,导致气泡减速,最终,气泡在压差和局部受力不稳定的共同作用下发生变形直至破碎。
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TL426
【图文】：

熔盐,脱气,裂变气体,气泡发生器

设备：气泡发生器和气泡分离器。气泡发生器的作用是产生直径足够小且分布均匀的气逡逑泡，用以吸收反应堆中产生的裂变气体。气泡发生器和分离器位于主回路中的一个旁流逡逑回路中，如图１．１所示，旁流回路的流量约为总回路的１０％。气泡发生器产生的气泡大小逡逑直接影响到回路中氙的浓度，气泡直径越小，气泡与氙的接触面积越大，更容易吸收回逡逑路中的氙。逡逑１．２国内外研究现状逡逑１．２．１熔盐堆气泡发生器逡逑熔盐堆中气泡发生器的作用就是产生直径足够小的气泡，其必须满足以下设计要逡逑求：逡逑１）气泡发生器的尺寸能够适用于熔盐堆；逡逑２逡逑

系统结构图,气泡发生器,阻流件,泪滴

逦！ｌｘｅ邋ＩＭ：逡逑排盐罐逡逑图１．１熔盐堆脱气系统结构图逡逑熔盐堆脱气系统去除裂变气体的方法就是向燃料盐中通入一定量含气率的氦气气逡逑泡，气泡进入燃料盐回路，通过质量转移吸收裂变产生的氙和氪，富含裂变产物气体的逡逑气泡再经过气泡分离器分离从而达到除去了氙和氪的目的［５］。脱气系统包含两个重要的逡逑设备：气泡发生器和气泡分离器。气泡发生器的作用是产生直径足够小且分布均匀的气逡逑泡，用以吸收反应堆中产生的裂变气体。气泡发生器和分离器位于主回路中的一个旁流逡逑回路中，如图１．１所示，旁流回路的流量约为总回路的１０％。气泡发生器产生的气泡大小逡逑直接影响到回路中氙的浓度，气泡直径越小，气泡与氙的接触面积越大，更容易吸收回逡逑路中的氙。逡逑１．２国内外研究现状逡逑１．２．１熔盐堆气泡发生器逡逑熔盐堆中气泡发生器的作用就是产生直径足够小的气泡，其必须满足以下设计要逡逑求：逡逑１）气泡发生器的尺寸能够适用于熔盐堆；逡逑２逡逑

气泡发生器,泪滴,扩散区域

Ｊ逦＾＾＾、、、＇、、＇、……、、逡逑導树佊璃管效}欲欲欲}＾逡逑图１．３内置泪状物式气泡发生器逡逑内置泪滴状阻流件的气泡发生器其实是一种变形的文丘里管［１２］，其设计如图１．３所逡逑示，内置物直径最大处与管内壁的间隙就相当于文丘里管的喉部，此处流体速度最高，逡逑气体通过喉部的４８个直径为０．４ｍｍ的小孔通入管内，泪滴状内置物的４８小孔分别产生一逡逑股连续的气柱并延伸到扩散区域，扩散区域的紊流作用，将气柱打碎，形成大量小气泡。逡逑气泡直径的大小与很多因素有关，这种气泡发生器的水实验结果表明，产生的气泡尺寸逡逑与通气速度无关，与水流速成反比，而且与喉部小孔的大小并无太大关系。实验表明产逡逑生的气泡尺寸与内置物的喉部间隙尺寸有很大的关系，实验得出的关系式如下：气泡直逡逑径＝０．２５ｘ喉部尺寸。由于需要的气泡直径是０．５ｍｍ，那么喉部间隙应该为２ｍｍ左右。逡逑在进行水实验时

【引证文献】