熔盐堆裂变气体在分离装置中分离长度的数值模拟和实验研究

发布时间：2023-04-22 15:53

　　钍基熔盐堆是我国重点开发的第四代核反应堆之一,但由于裂变反应产生的中子俘获截面大的Kr,Xe等裂变气体以微气泡的形式存在于熔盐回路中,故对裂变气体的在线去除是熔盐堆提高中子经济性,实现燃料深燃耗的关键。为定量地获得分离器内气泡的分离行为,本次研究采用理论建模、数值模拟与实验验证相结合的方法,采用计算流体软件对特殊结构分离器进行建模仿真,并对所得单相旋流场的速度场分布和湍流强度分布进行定量数值拟合,采用粒子图像测速PIV₂D3C方法测量气液旋流分离器旋流腔中的液体速度场和湍流流场分布特征。同时分析气泡在旋流场中的受力模型,根据曳力、虚拟质量力、升力等建立气泡在旋流场中运动控制方程,利用数值模拟得到的速度场求解控制方程,并计算不同旋流数、气泡直径和雷诺数下气泡的运行轨迹和气泡分离长度,并得到临界气泡直径。设计了单气泡产生装置并用高速摄像技术和图像处理技术得到气泡在旋流场中运动的实验数据。通过模拟预测和实验数据的对比,可知数值结果和实验数据吻合度良好,此方法可用于文中旋流结构气液分离器的优化设计,并利用数值模型分析各力对气泡运动的影响作用,阐明了旋流场中临界分离气泡直径...

【文章页数】：108 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
符号说明
第一章 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 旋流分离器的选择
        1.2.2 旋流场流动结构研究
        1.2.3 气液旋流分离器中气芯的形成机理
        1.2.4 气液旋流分离中气泡运动机理
    1.3 研究内容与目标
        1.3.1 试验方案
        1.3.2 具体研究内容
    1.4 本章小结
第二章 旋流液相速度场数值模拟和实验研究
    2.1 引言
    2.2 气液分离器物理模型
    2.3 数值计算模型
        2.3.1 湍流模型选择
        2.3.2 模型条件
    2.4 旋流液相速度场模拟
        2.4.1 旋流速度场
        2.4.2 速度场数值拟合
    2.5 旋流场单相三维速度场测量
        2.5.1 PIV测速原理与装置介绍
        2.5.2 数据获得与后处理
    2.6 数值模拟与实验数据对比
    2.7 本章小结
第三章 旋流场中单气泡运动受力模型建立
    3.1 引言
    3.2 气泡运动受力模型建立
        3.2.1 压力梯度力
        3.2.2 曳力
        3.2.3 浮力
        3.2.4 升力
        3.2.5 虚拟质量力
    3.3 气泡运动轨迹数值求解
    3.4 空泡动力学方程在气泡受力的运用
    3.5 本章小结
第四章 单气泡运动轨迹的理论分析与实验验证
    4.1 旋流场中单气泡的运动模拟结果
        4.1.1 不同气泡直径下气泡运动的模拟轨迹和分离长度
        4.1.2 不同雷诺数下气泡运动的模拟轨迹和分离长度
        4.1.3 不同旋流数下气泡运动的模拟轨迹和分离长度
    4.2 旋流场中单气泡的运动实验
        4.2.1 气液分离实验装置
        4.2.2 实验拍摄过程
        4.2.3 实验处理结果
    4.3 模拟结果与实验对比
    4.4 分离模型在气泡受力变化上的分析和利用
        4.4.1 旋流场中单气泡受力变化
        4.4.2 旋流场中不同工况对气泡受力的影响规律
    4.5 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 论文总结
    5.2 论文创新点
    5.3 展望
第六章 参考文献
致谢
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文



本文编号：3797951