不同隙径比环形脉冲萃取柱中两相流动特性的研究

环形脉冲萃取柱在核燃料处理工业中可以提供大的生产能力并保证临界安全。本文在外柱径为１００ｍｍ的４种不同隙径比的环形脉冲萃取中，以３０％ＴＢＰ（煤油）－水（水相连续）为实验体系，研究了柱内两相流动的特性。研究结果表明，用修正的Ｐｒａｔｔ关联式描述环形脉冲萃取柱内两相流动特性是可行的。特性速度Ｕｋ随外界输入能量的增大而减小，随隙径比的增大而增大。文中提出的包括隙径比参数在内的液泛速度关联式，其计算值与实验值比较，相对误差在±２０％以内。     

环形脉冲萃取柱中连续相轴向混合的研究

本文在30％TBP(煤油)-水中以水为连续相,实验研究了环形脉冲萃取柱内连续相的轴向混合。实验中采用了示踪剂扰动—响应方法。结果表明,单相流时环形脉冲萃取柱轴向混合系数E_c值仅为相同截面积圆形脉冲筛板柱的40％。单相流条件下轴向混合系数可由下式关联: E_c=0.02(fA)~(1.26)+3.5×10~(-5) 对于两相流条件下,连续相轴向混合系数与分散相存留分数值有关,相应关联式为 E_c=0.02(fA)~(1.26)(1-x)~(3.24)+3.5×10~(-5) 65组实验数据关联的最大偏差小于20％。     

脉冲萃取柱中两相界面的新型自动控制原理

根据脉冲萃取柱界面移动速度和界面位移的特征，以及界面移动速度与控制器输出量之间单值映射规律，提出了以初始界面位置和目标位置之间的中点作为调节首要阶段，利用运动学对称性特点，实现了对界面位置的调节，同时确定了界面移动速度为零时控制器输出量的大小。当接近目标位置时，采用模糊控制来调节界面位置。计算机仿真实验和真实实验验证了上述控制模式的正确性。     

环形脉冲萃取柱的传质性能研究

本文以30％TBP(煤油)-HNO_3-水为实验体系,进行了环形脉冲萃取柱传质性能的研究。实验中测定了沿环形柱的稳态浓度剖面及分散相的存留分数,以扩散模型为基础,采用最优化方法拟合浓度剖面,求得环形脉冲萃取柱的“真实”传质单元高度,分散单元高度及表观传质单元高度。同时建立了相应的关联式。与具有相同截面积的同形脉冲筛板柱相比,环形脉冲萃取柱的传质效率与圆形柱相当,分散单元高度则比圆柱的小。     

脉冲筛板萃取柱流动特性和液泛的研究

在脉冲筛板萃取柱中,K值较大的Ⅱ型柱有一个明显的过渡区,且随着K值的增大而扩大,柱内的流动状态和Ⅰ型柱有明显的不同。液泛可分成三类:脉冲不足液泛;乳化液泛和转相液泛,三类液泛在Ⅰ型柱和Ⅱ型柱中又有明显的差别,Ⅱ型柱乳化液泛具有最大的液泛负荷,其K值在二,三左右。在30％TBP(OK)—HNO_3体系中.最大负荷通常超过1300开/分米~2时。而K值更大的Ⅱ型柱,通常不宜选作正常的操作体系。     

环形狭缝膜态沸腾弥散两相流动特性研究

在 3种不同间隙的同心竖直环形狭缝膜态沸腾试验段中 ,研究了以去离子水为工质的两相弥散流摩擦压降 ,比较了环形狭缝和圆形通道中两相流动摩擦压降的不同 ,还研究了环形间隙对摩擦压降的影响。结果表明 :不同间隙下的环形狭缝内膜态沸腾弥散流摩擦压降可用修正的Sadatomi方法计算 ,该方法可应用于工程上的环形狭缝膜态弥散流动     

电解还原脉冲筛板柱两相流动特性的研究

在内径5cm的电解还原脉冲筛板柱中,用30％TBP(煤油)或0.34mol/lUO_2(NO_3)_2-30％TBP(煤油)-0.5mol/1HNO_3体系,研究了温度、流量、脉冲振幅和频率等对两相流动特性的影响。结果表明,低压直流电场影响分散相液滴的聚结。一般说,阴极电位愈负,聚结现象愈明显,致使液泛流速增大。而且,温度、流量及脉冲强度明显地影响聚结电位。但若控制阴极电位低于某一值,聚结现象则不明显,电脉冲柱可以很好地操作。     

环形通道内液态金属钠沸腾两相流动特性实验研究

对环形通道内液态金属钠沸腾两相流动特性进行了实验研究。实验中质量流速G≤2 000kg·m-2·s-1,系统压力p≤0.1 MPa,热流密度q≤550kW·m-2。两相流动摩擦压降通过在相同质量流量的单相流动摩擦阻力系数的基础上引入两相摩擦倍增因子来考虑两相的影响。实验结果表明:环形通道内液态金属钠两相摩擦倍增因子随Martinelli参数的增大有减小趋势。综合本文实验数据、Lurie等的实验数据以及Kaiser等的棒束实验数据,拟合得到了计算液态金属钠沸腾两相流动摩擦倍增因子的关系式。计算了本文拟合得到的关系式与各组实验数据间的相对标准偏差(RSD),表明本文关系式适用于计算环形通道内液态金属钠沸腾两相流动特性。     

环形流道两相流特性实验研究

在日本原子力研究所的一个两以试验台架上,进行了环形流道空气－水丙相流窟泡份额和逆向流试验,观察了其流型。通过试验和分析,提出了漂移流模型中分布系数Co和气相漂移速度Vgi的经验关系式;得到了逆向流Wallis表达式的拟合参数。对试验结果的分析表明,当流道间隙很小（Bond数小于1）时,流型和两相流动与间隙较大时有所不同。     

同心环形管内沸腾两相流动与传热实验研究

对窄缝为2．1mm的同心环形管,试验研究了外管加热条件下水的沸腾两相流动阻力与传热特性,得到了以下结果：窄缝环形管内两相流动的阻力较普通圆管内大,沸腾换热得到了较明显的强化,换热系数弓压力、热平衡干度、工质流量、加热负荷均有关系,且与缝隙宽度和加热方式有关;提出了环形管强化传热的微液膜蒸发机理与汽泡扰动机理的物理解释;得到了环形管内流动摩擦阻力系数与传热系数的实验关联式。     

环形折流板和标准喷嘴筛板脉冲萃取柱性能研究

在动力堆乏燃料后处理中间试验厂1A单元工艺条件下,对柱径为120mm、自由截面积为25％、板段有效高度为2575mm的环形折流板和标准喷嘴筛板脉冲萃取柱的性能进行了试验研究。含铀体系的流体力学试验结果表明环形折流板和标准喷嘴筛板柱的液泛通量分别为2.29和1.60cm/s;处理环形折流板柱的液泛比标准喷嘴筛板柱的快速。传质试验结果表明两种柱型的理论级当量高度皆为700mm,传质单元高度皆为210mm,铀的萃取率为99.99％,但环形折流板柱的可操作区域比标准喷嘴筛板柱的宽。环形折流板柱的性能优于标准喷嘴筛板柱。     

竖直管内两相流逆向流动特性研究

实验发现在竖直管内两相流逆向流动过程中,由于气体的入口条件不同、淹没开始点可能出现在气相的入口处,也可能出现在出口处。由于出现的位置不同,淹没开始点所对应的气、水之间的关系式也不一样。这一实验结果对进一步研究淹没开始的机理有重要意义。根据两相流的流动特性,分析了出现这种现象的原因,提出应采用不同的关系式计算这 两种不同的淹没开始点。     

液态金属钠沸腾两相流动传热特性理论研究

在实验的基础上对液态金属钠沸腾两相流动传热特性进行理论研究。计算对象为环形流道。单相流动区域认为液态金属钠不可压缩;两相流动区域考虑钠蒸汽的可压缩性。两相流动区域选用均匀流模型,求解过程中采用迎风格式进行积分。将模型计算结果与相关实验数据进行对比,结果表明本文模型可用于计算液态金属钠沸腾两相流动传热特性,模型计算结果在一定程度上能完成对实验工作的拓展。     

窄矩形通道内两相流动压降特性研究

以空气和水为工质,在40mm×1.6mm的窄矩形通道中对竖直向上气-液两相流动压降特性进行了实验研究。对比了现有的两相流动阻力计算关系式,结果表明,传统的计算关系式均不适用于窄矩形通道内两相流动阻力的计算;而以窄矩形通道为基础的Lee-Lee关系式误差相对较小,但预测值与实验值相比整体偏小。为此结合实验数据,以分液相-分气相雷诺数之比Re_l/Re_g为依据将流动分为两个区域,分别对Chisholm关系式进行修正,修正关系式与实验数据的误差较小,能够很好地预测本次实验结果。     

窄矩形通道内两相流动压降特性研究

以空气和水为实验工质,分别在40mm×1.6mm和40mm×3mm的矩形通道中对竖直向上气-液两相流动阻力特性进行了实验研究。该研究还对比了现有的两相流动阻力计算关系式,结果表明,对于窄缝为1.6mm的通道,传统的阻力计算关系式均不适用;而窄缝为3mm的通道,除Friedel模型和Tran模型外,其余模型与实验值符合较好。为此结合实验数据,以分液相雷诺数为依据将流动分为层流区、过渡区和湍流区3个区域,分别对Chisholm关系式进行修正,结果表明：C为当量直径的线性函数,当量直径越大,C越小。修正关系式与实验数据的误差较小,能很好地预测本次实验结果。     

多孔介质通道内两相流动特性实验研究

设计并搭建各向同性的多孔介质颗粒无序堆积的实验平台,针对由直径分别为60、70 mm的有机玻璃圆管和2、4、6、8 mm的不锈钢圆球所组成的多孔介质通道开展氮气-水两相工况下通道内流动特性的实验研究。实验结果表明,在液体流量一定的情况下,实验段压降随管径的增大而减小,随颗粒直径的减小而增大,随气相流量的增大而增大;在管径一定的情况下,实验段压降随颗粒直径的增大而减小。通过拟合获得了本实验条件下的两相压降关联式。     

脉冲萃取柱筛板表面浸润性的研究

本文对30％TBP(煤油)-HNO_3-UO_2(NO_3)_2平衡体系,研究了诸因素下不锈钢筛板表面浸润性随时间的变化。结果表明:筛板在空气中放置50天后,由亲水性变成憎水性;在敞开的两相体系中,由亲水性变成几乎中性;在密闭体系中,可以保持亲水性。对筛板施加超声波作用,不论在何种环境下,均能保持其亲水性。两相界面张力随时间无明显变化,因此可以不必考虑它对浸润性变化的影响。     

脉冲筛板萃取柱流体力学性能的研究

汪家鼎等在1963年提出了脉冲筛板柱流体力学性能的基本关联式V_d/X V_c/(1-X)=V_o(1-X)e~(kx)。我们从粒子沉降的基本原理出发,对关联式进行了一定的推导。在用关联式处理了大量实验数据后,认为该式可以较好地关联各类实验数据和计算液泛参数。其中的K值是衡量柱子液滴分散-聚结状态的重要参数,当分散相浸润筛板时,K>0,相反,一般K<0,以此来区分柱子的两种操作状况,即Ⅱ型柱和Ⅰ型柱。文中分析了K值和柱子通量的关系,对影响K值的因素进行了定性分析和物性关联。     

梯形脉冲筛板萃取柱性能的研究

梯形脉冲柱在分散-聚合状态下操作。两相流体周期性地聚合与再分散能增强表面更新速率和有效地抑制返混现象。柱内流体系单一分散,液滴尺度分布比较均匀,在有机相连续、V_d/V_c=0.5时,液泛速度达1.8cm/s。同样情况下所需的脉冲强度约为正弦波脉冲柱的一半。其萃取效率比正弦波脉冲柱约高30%。在1.1m高的板段内,用钍作为传质核素,用配制的后处理废液进行了回收钍的模拟试验,钍回收率大于98%。