脉冲筛板萃取柱内流场及轴向扩散系数的数值模拟
脉冲筛板萃取柱是乏燃料后处理工艺中的关键设备,一直受到广泛关注和深入研究。
本文采用CFD软件Fluent建立脉冲萃取柱流动及示踪剂质量传递的模型,旨在建立一种使用CFD模拟来求解脉冲萃取柱内两相共存体系中连续相轴向扩散系数的方法,同时使用脉冲筛板萃取柱来验证模拟结果的准确性,并以此为基础来预测脉冲筛板萃取柱的萃取传质性能。本文采用二维轴对称网格计算脉冲筛板萃取柱内的流动与传质。
文中实验目的在于水力学参数的获得,而未考虑相间传质,采用体积置换法测量脉冲萃取柱内离散相的平均存留分数。对于离散相体积分数分布,CFD模拟结果显示:(1)脉冲速度对脉冲萃取柱较低位置的几块筛板处离散相存留分数影响较大,萃取柱上部区域的存留分数较为均匀。在实验中也发现在下面几块筛板间的区域状态并不稳定,受脉冲的影响较大。(2)越靠下区域的存留分数受脉冲影响越大,相应的存留分数平均值也较低。当达到一定高度后,存留分数的平均大小接近恒定,且受脉冲的影响也更小,为脉冲筛板萃取柱的稳定操作区。
CFD计算表明:(1)关于萃取柱内两相速度分布,水相流速直接随脉冲速度变化,有机相速度变化不如水相明显;(2)示踪剂浓度峰值所在的位置随脉冲有所变化;(3)通过示踪剂停留时间对比,可以发现示踪剂浓度测定与实验模拟结果的大小相近,只是出峰时间都相差一分钟左右。
本文在描述示踪剂扩散的轴向模型的基础上,采用最小二乘法处理两个检测口处示踪剂浓度,以求解脉冲萃取柱内连续相的轴向扩散系数。通过对不同检测位置示踪剂浓度的实验结果与CFD模拟结果的处理计算了各自所对应的连续相轴向扩散系数。
脉冲萃取柱;数值模拟;计算流体力学;轴向扩散系数;示踪剂法;体积置换法
哈尔滨工程大学
硕士
核燃料循环与材料
矫彩山
2011
中文
TL249
59
2012-06-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）