低温喷嘴装置内流场的数值模拟研究

激光抑制凝聚法(CRISLA)是目前极具工业应用潜力的激光同位素分离(LIS)方法.在应用激光抑制凝聚法分离S同位素时,需要借助低温喷嘴装置获得低温过饱和S F6气体,因此该方法的实际分离性能和优化除与激光参数相关外,还依赖于低温喷嘴装置内的流动状态,为了研究低温喷嘴装置结构和设计参数对分离性能的影响规律,优化分离性能...     

激光冷凝抑制法分离同位素研究进展及现状

激光冷凝抑制(condensation repression by isotope selective laser excitation, CRISLA)同位素分离方法属于分子激光法(molecular laser isotope separation, MLIS)的一种。在该方法中，激光对低温射流中目标同位素分子生成的范德瓦尔斯络合物进行选择性光解离，利用解离后的单体分子与未解离络合物之间存在的较大质量和运动速度差异实现同位素分离，表现为激光对射流中特定分子的冷凝抑制。近年来，CRISLA逐渐显露出在同位素分离领域的独特优势，成为分子激光法的主流。本研究简述分子激光法的发展历程以及激光冷凝抑制主要特点，概述该方法的分离机理、技术要点，介绍工程化发展现状及应用潜力，并提出未来研究方向及发展趋势。     

气动式脉冲液体射流泵性能实验研究

实验研究了喷嘴直径为5 mm,扩散管直径分别为5、7 mm,提升高度为6.7 m的气动式脉冲液体射流泵的性能。结果表明:料桶内的液面高度对气动式脉冲液体射流泵的效率、扬程、输送量影响甚微,而随着操作压力的增加,脉冲液体射流泵的效率、扬程、输送量也增大。证明了在本实验条件下,最佳喷嘴间距与喷嘴直径之比为0.8～2.0范围内,并讨论了不同喷嘴间距所对应的最低操作压力条件。     

六氟化铀低温红外光谱

自40年代,六氟化袖(UF。)的红外和拉曼光谱已有很多研究者作了大量工作.70年代中期随着激光技术用于铀同位素的分离,并取得了一些令人鼓舞的进展,因此UF。红外吸收光谱的研究,特别是对其吸收带结构的研究引起了人们重视。新的实验结果时有报道。除对基频进行更精确地测定和确定更多的组频、倍频位置外,还在228K和256K温度下测定了铀同位素频率位移(△;:,八,,‘);利用低温喷咀技术在40K一50K温度下对,:带     

供料位置对离心机供料射流流场影响的数值模拟

为研究供料口位置对离心机供料射流流场的影响,采用直接模拟蒙特卡罗（DSMC）方法对离心机中心射流区域进行模拟。选择Iguassu离心机模型和变径硬球碰撞模型,得到了不同的轴向和径向供料位置下径向供料模型的供料射流流场参数分布情况。通过对模拟结果进行分析可得：在径向供料条件下,供料口附近区域的流场受供料条件的影响显著。由于供料射流的膨胀作用,导致了供料口附近低温区的出现。在靠近出流边界处,由于较高的角向速度,形成较大的压力梯度,使气体的径向速度降低,导致温度明显升高。轴向位置的变化导致流体参数的轴向平移。而随着供料口径向位置的增大,供料口附近的膨胀范围减小,低温区减弱,即该区域的最低温度升高。而近出流边界处,随供料口径向位置的增大,温度相应降低,径向速度同时降低。     

扩散角对文丘里管内湍流影响的试验研究

为研究扩散角对文丘里管内湍流的影响,采用立体粒子图像测速技术分别对扩散角度为10°、12.5°、15°以及20°的文丘里管扩散段区域进行了测量,得到了平均速度分布,并通过瞬时速度场的统计分析得到了扩散段湍动能分布情况。研究表明,不同扩散角度的文丘里管扩散段内平均速度在截面直径方向成轴对称的单峰分布,湍动能在截面直径上成轴对称的双峰分布,在各试验工况下扩散段内均发生流动分离现象。随扩散角度增加,湍动能峰值增加,主流区径向宽度未发生变化,分离流区径向宽度增加,但对分离流区所占比例的影响较小,高湍动能区变宽;随着雷诺数的增加,湍动能峰值增加,主要由轴向雷诺应力引起,分离流区所占比例略有降低,但主流区和分离流区分布变化较小。此研究为高雷诺数不同角度的文丘里管流场研究提供了实验基础。      

溶胶凝胶法制造NO2燃料微球的流体力学计算

利用伯努利方程建立了在外胶凝工艺中喷嘴射流速度与压力罐液面高度、喷嘴射流速度与液面压强的关系式，并使用该关系式进行计算，结果表明：管道中整个流动过程是层流；液面高度对射流速度的影响非常小；由液面高度所造成的UO2微球直径的最大偏差远小于微球的控制偏差。     

随机填充球床通道内氦气流动特性实验研究

在聚变堆氦冷固态包层氚增殖区，球床通道内氦气流动压降特性对泵功率的设计具有重要意义。以氦冷固态包层氚增殖区为背景，研究了氦气流速、球床颗粒直径及球床通道长度对球床通道内氦气流动压降特性的影响。实验段采用20 mm×20 mm×500 mm的矩形通道，实验中氦气流速为0.1～0.6 m/s，球床颗粒直径为0.5、0.8、1.0、1.5、2.0 mm。实验结果表明，压降与氦气流速以及球床通道长度呈正相关，与球床颗粒直径呈负相关。对比Ergun关系式发现，在球床颗粒直径较小时，Ergun关系式预测值低于实验值，这主要是由于氦气可压缩性的影响。通过动量方程，理论推导出经可压缩性修正的Ergun关系式，结果发现修正后的Ergun关系式预测值与实验值符合良好。本研究为氦冷固态包层氚增殖区设计提供了数据支撑，为球床通道内流动特性的数值模拟提供了验证手段。     

文丘里式气泡发生器内气泡输运过程研究

利用可视化方法研究文丘里式气泡发生器内气泡的输运和破碎过程。实验以水和空气为工质,水流量范围为15～20 m³/h,气流量范围为0.6～0.7 L/min,空泡份额在0.2%～0.3%之间。结果表明：不同于常规通道,气泡在从文丘里管喉部流出后具有一个明显的减速过程,使得气液相对速度随之增加,该减速过程对气泡变形和破碎存在极大影响;水流量对气泡的破碎位置无明显影响,气泡破碎位置通常发生在渐扩段距喉部8～10 mm左右的范围,处于壁面涡流区与主流的交界附近。     

复杂结构节流件非等温单相水阻力特性实验研究

采用理论推导和实验研究相结合的方法对非等温条件下的节流件阻力特性进行了研究.实验参数范围为:流量1.5～33 kg/h,进口温度20～70℃,压力1.8～2.4 MPa.通过研究节数、喉部直径以及温度、压力、流量和外部热源等参数对节流件阻力特性的影响,获得了计算节流件阻力的经验关系式.研究结果表明:节数、喉部直径和流量、温度等参数对节流件阻力特性的影响较大.入口温度相同时,外界热量的流入对节流件阻力影响较大,节流件进出口温升越大,阻力越小.     

蒸汽射流凝结压力振荡幅值研究

为了得到蒸汽在过冷水中浸没射流凝结引起的压力振荡特性,针对不同的蒸汽质量流率和过冷水温度对压力振荡的影响进行实验研究。通过高频压力传感器测量得到了不同测点位置的压力振荡幅值,并结合蒸汽射流凝结形态分析蒸汽质量流率和过冷水温度对压力振荡幅值的影响规律。结果表明,蒸汽射流凝结在凝结振荡区比较剧烈,在稳定射流区相对缓和,从凝结振荡向稳定射流的形态转变导致了压力振荡幅值随蒸汽质量流率出现先减小后增大的趋势;振荡幅值随水温的升高不断增大,特别是当水温大于40℃时,由于过冷度减小,射流凝结形态变得发散,导致凝结振荡幅值大幅增加。     

基于FLUENT的核电用文丘里管稳流性能研究

采用Realizable k-?湍流模型和Zwart空化模型对某核电用空化型文丘里管的空化流动进行了数值模拟。模拟在特定工况条件下文丘里管内流动情况，得到流量变化曲线，预测空化区域，分析稳流原理和规律。模拟不同喉部直径文丘里管稳流性能，探究喉部直径变化对空化的影响。研究结果表明:随着入口压力的增大，文丘里管将发生空化塞流。将流量变化控制在一定范围内，达到相对稳流的作用。稳流时，管路压力每升高0.1 MPa，流量增加0.06 m3·h-1；喉部直径的尺寸直接影响水力空化初生与流量增幅；在一定范围内，文丘里管喉部直径大，空化流动发展迅速且流量增幅大，喉部直径小，管路流量增长幅值小。      

水平环形窄通道中的流动不稳定起始点和临界热流密度

本文研究了加热水平环形窄通道中过冷水流动不稳定起始点（OFI）和临界热流密度（CHF）。在OFI试验中，使用了6个不同的试验段，其内径均为6．4mm，环形间隙宽度为0．724-1．001mm，加热段长度为174～197mm。试验参数范围如下：冷却剂（水）质量流速85-1428kg／（m^2s），出口压力0．344、1．034MPa，入口温度50-150℃，表面热流密度0．124-1．0MW／m^2，内外热流密度比0-∞。此外，还在同样的入口温度和出口压力下用除气水和含空气的饱和水进行相似的试验，检验了溶解的不凝性气体对OFI的影响。共进行了138个OFI试验，以确认重要参数的变化趋势。在一维流体守恒方程的基础上提出了一个能很好预测OFI发生条件的理论模型，该模型假设在OSV点之前空泡份额为0，用拟合经验空泡率公式的方法，并考虑了OSV点之后的热力不平衡。 在CHF试验中，试验段内外直径分别为6．45mm和7．77mm（间隙宽度0．66mm），加热段长度185mm。试验参数范围如下：试验段出口压力0．344、1．034MPa，冷却剂（水）质量流速100-480kg／（m^2s），壁面热流密度0．231～1．068MW／m^2，入口水温30-60℃。试验得到的CHF值比垂直试验段结构的CHF预测值低。所有试验中的CHF均发生在较高平衡含汽率条件，位于流道上表面因干涸而发生的流动分层位置。数据通过两种方法进行关联：在3个广泛使用于垂直通道的CHF关系式中引入经验修正倍增因子和用补偿畸变方法进行数据关联。     

研究堆自然循环阀直径的选择与实验验证

为了确定某研究堆自然循环阀门直径,利用RETRAN-02分析模型,从自然循环阀(NCV)误打开和停堆后自然循环建立过程的角度,分析研究堆自然循环阀直径分别为150、200、250和300 mm时通过的流量、堆芯热通道的流量、燃料元件热点温度和最小偏离泡核沸腾比(MDNBR)的差异以及对反应堆安全的影响,最后选定NCV的直径为200 mm。     

加热系统间歇泉流动现象初步实验研究

开展了各组合工况(不同竖直段长度、不同竖直段直径和不同加热功率)下的间歇泉流动实验,对实验现象和实验数据进行分析。结果表明,在间歇泉流动中,系统内的液体会周期性地沸腾,且多种流动形态循环出现;液体的冷却回流过程中会产生较大的温度和压力变化;加大竖直段长度、减小竖直段管径更有利于形成间歇泉流动,加大加热功率将使得间歇泉流动更加明显,其他系统相关参数对间歇泉流动的影响需要作进一步研究。     

气体离心机供料射流的DSMC模拟

为研究气体离心机中供料射流对环流的影响,采用直接模拟蒙特卡罗(DSMC)方法对径向射流的流动结构进行模拟。通过选择适当的边界条件和分子碰撞模型,得到了不同供料条件下的二维径向供料射流的流动分布图像,捕捉到了供料射流的波系结构,获得了流动参数分布。对计算结果分析可知：在靠近径向外边界处,流动参数存在明显的峰;供料气体速度越高,对离心机内部流场影响越大;除速度、密度、压强等流动参数外,供料射流对温度分布也有较大影响,出流边界处的温度可升至平均温度的两倍左右,对离心机分离性能有较大影响。     

基于喷嘴临界流实验对现有物理模型的评价

以水为工质、直径1.41mm的喷嘴为实验段，在稳态条件下进行临界流实验，覆盖的参数范围为：进口压力，0.4～22MPa；进口温度，40～371℃；进口含汽率，－3.5～0.98。结果分析表明：在欠热度高于一定值下流动未达到临界条件；在低欠热度和低含汽率区域两相间存在热力不平衡性，在较低压力下，它对临界流率的影响十分显著。将实验数据与均匀平衡模型、Moody模型、Henry-Fauske模型、Burnell模型以及Bernoulli公式的计算结果进行比较，显示了各模型在不同条件下的适应性。     

音速浸没射流气羽特性实验研究

以直径10 mm喷管为研究对象，针对入口压力为0.2～0.8 MPa的饱和蒸汽在20～60 ℃过冷水中气羽特性进行了实验研究。结果表明，蒸汽气羽长度主要受蒸汽质量流速和水温影响，随蒸汽质量流速及水温的升高，气羽长度增加。同时根据实验结果，在理论推导的基础上给出了计算气羽无量纲穿透长度及换热系数的实验关联式。气羽长度预测值与实验值相对误差在±15%以内，换热系数预测值与实验值在椭圆形气羽区相对误差在±12%以内。     

冷坩埚玻璃固化启动过程数值分析

使用COMSOL有限元计算软件对熔池直径500 mm、高365 mm的电磁冷坩埚玻璃固化模型的启动过程进行了数值分析，研究了垂直方向环状启动加热块数量和位置分布对启动过程中加热速率、加热效率和温度分布的影响。计算结果表明，启动加热块距离坩埚底部250~300 mm时加热效率较高，增加垂直方向启动加热块的分布数量有利于在启动过程中加快升温速率、快速提高磁感应加热效率、加强玻璃熔体温度均匀程度和扩大玻璃熔体体积。     

一种测量弱吸收条件下锂同位素比率的新方法

在激光化学法锂同位素分离工作中,需对锂原子蒸汽密度进行实时监测。通过同位素比率的数值分析可提供分离实验中诸如激光功率、化学反应区温度、压强以及光化学反应时间等参数的优化依据。吸收光谱法可快速准确地测量非弱吸收条件下的锂同位素比率。对于低锂原子蒸汽密度的弱吸收条件,受示波器的分辨极限和存储时舍入误差的影响,不能得到准确有效的同位素比率数值。为了克服实验测量上存在的弱点,提出了一种基于差分电路采集信号的高分辨率高精度的研究方法,有效解决了弱吸收条件下的同位素比率测量问题。将该方法应用于天然锂进行了测试,得到的锂同位素比率为12.37±0.56。该方法对于采用吸收光谱法测量同位素比率具有通用性,也可在其他类似分离工作中应用。