玻璃固化用电磁冷坩埚优化设计及温度场和流场研究

发布时间：2022-07-19 13:40

　　核燃料在反应后会残留下具有放射性的废料，这种放射性无法用物理或者化学方法将其消除，只能依靠自身的衰变，而这些放射性核素的半衰期往往长达几万年甚至几十万年。使用冷坩埚对核废料进行固化处理，将固化体深埋可以防止核废料对环境的危害。因此，研究冷坩埚固化工艺对核废料安全处置有着重要意义。建立了冷感坩埚电磁场3-D有限元模型，计算结果表明：在空载条件下线圈中间高度位置磁场强度最大，随着高度变化向两端递减。在开缝截止区域由于电流叠加效应磁场强度有突变。对比坩埚A与坩埚B两种不同结构坩埚内磁场强度，坩埚A的磁场强度明显大于坩埚壁。电流从500A增加到1500A，磁场强度增强。频率由50kHz升高到200kHz磁场强度降低，但是在开缝处以及坩埚中心不明显。电流频率的增大可以提高冷坩埚的加热效率，在200kHz时可以提高到40%。依据磁场计算结果结合本课题组已有的研究成果，参考国外文献及专利，并根据玻璃固化的高放射性的工作环境设计出可以自由控制开始与停止卸料的水冷滑阀结构。结合工艺要求与电磁场分布规律，设计坩埚壁由Φ16mm的不锈钢管围成的内径330mm，高度为500mm，有效容积为30L的冷坩埚。并设... 

【文章页数】：86 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 核废料处理的发展现状
        1.2.1 核废料的分类及特征
        1.2.2 核废料处置方法
        1.2.3 核废料固化基材研究现状
        1.2.4 核废料玻璃固化设备
    1.3 冷坩埚技术技术研究现状
        1.3.1 冷坩埚工作原理
        1.3.2 冷坩埚技术发展现状
    1.4 有限元数值模拟概述
        1.4.1 电磁场有限元发展现状
        1.4.2 感应加热数值计算发展现状
        1.4.3 有限元在冷坩埚中的应用
    1.5 课题主要研究内容
第2章 玻璃固化冷坩埚磁场数值模拟
    2.1 引言
        2.1.1 ANSYS 有限元软件简介
        2.1.2 电磁场计算特点
    2.2 电磁计算理论基础
        2.2.1 麦克斯韦方程组
        2.2.2 电磁场边界条件
    2.3 玻璃固化冷坩埚物理模型建立
        2.3.1 冷坩埚三维造型及简化
        2.3.2 材料属性及网格划分
    2.4 玻璃固化冷坩埚电磁场分布
        2.4.1 空载条件下冷坩埚内磁场分析
        2.4.2 玻璃熔体内电磁场分析
    2.5 电源参数对加热功率的影响
    2.6 本章小结
第3章 玻璃固化用冷坩埚系统设计
    3.1 引言
    3.2 冷坩埚工艺影响因素
        3.2.1 冷坩埚结构影响
        3.2.2 电源参数影响
    3.3 冷坩埚设计要求
    3.4 冷坩埚结构设计
    3.5 本章小结
第4章 玻璃固化冷坩埚温度场数值计算
    4.1 引言
    4.2 硼硅酸盐玻璃性质参数
    4.3 数值计算模型建立
        4.3.1 物理模型及网格剖分
        4.3.2 磁-热耦合场计算方案
    4.4 玻璃固化冷坩埚温度场计算分析
        4.4.1 不同位置温度随时间变化
        4.4.2 电流强度对温度场影响
        4.4.3 电流频率对温度场的影响
    4.5 本章小结
第5章 玻璃固化冷坩埚流场数值计算
    5.1 引言
    5.2 流动场理论基础
    5.3 磁-流耦合分析处理
    5.4 冷坩埚玻璃熔体流动场计算分析
        5.4.1 玻璃熔体内电磁力分布
        5.4.2 不同电流载荷条件下流动场规律
        5.4.3 不同频率条件下流动场规律
    5.5 本章小结
结论
参考文献
致谢


【参考文献】：
期刊论文
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[2]放射性固体废物玻璃固化技术综述[J]. 陈明周,张瑞峰,吕永红,刘夏杰,向文元.  热力发电. 2012(03)
[3]高放废物处置库甘肃北山预选区同位素水文学研究及设想[J]. 肖丰,郭永海,王志明.  铀矿地质. 2012(02)
[4]废弃矿井资源二次利用的研究[J]. 孟鹏飞.  中国矿业. 2011(07)
[5]俄罗斯核污染对北极生态环境的影响[J]. 郭培清,蒋帅.  中国海洋大学学报(社会科学版). 2010(03)
[6]核电站废料处理技术[J]. 马骏彪,韩买良.  华电技术. 2009(12)
[7]核能发电的优点及世界核电发展动向[J]. 史永谦.  能源工程. 2007(01)
[8]核电简介[J]. 李自淳,宣自平,余前军,钱厚军.  上海大中型电机. 2006(03)
[9]世界核能发电的现状及未来堆型的开发[J]. 汪胜国.  东方电气评论. 2006(03)
[10]核能发电与我国核电事业之路[J]. 牛立.  电站辅机. 2006(01)



本文编号：3663515