钍基熔盐堆旋叶式气水分离器工作原理分析

通过实验研究和数值模拟的方法对熔盐堆脱气系统中旋叶式气泡分离器的工作原理进行研究;对照实验现象和数值模拟得到的流场分布,对气泡汇集、聚合和最终气芯的形成过程进行分析。结果表明:水在搅浑叶片的导流作用下会形成一种存在较大径向压力梯度的旋转流动,且径向压力梯度提供的向心力大于流体旋转运动产生的离心力,使得水流中的气泡流向分离器中心;分离器中心区域的径向压力梯度很大且气泡相对运动速度很低,满足气泡发生聚合的条件,因而汇集到中心的气泡会聚合并最终形成稳定的气芯,从而实现对流体中气相的连续分离。     

熔盐堆旋叶式气水分离器工作特性数值分析

本文以熔盐堆脱气系统中旋叶式气泡分离器为研究对象,利用数值分析软件Fluent对分离器内的流场进行了数值模拟,并分析了其工作原理和影响因素。首先,不同的湍流模型计算结果与实验现象的对比分析表明,雷诺应力模型在不同工况下计算得到的流场分布与实验现象符合最好。在确定适合用于模拟旋叶式气泡分离器内流场的计算模型基础上,对分离器内流场作进一步的计算分析。结果表明,水在流量20 m3·h-1条件下,流经分离器搅浑叶片后,会形成一种中心低速低压的旋转流动,且在横截面中心区域附近存在很大的径向压降梯度,如果水流中存在少量气泡,便会在压力梯度的作用下,流向分离器中心,汇聚形成稳定的气芯,从而实现对流体中气相的连续分离。     

新型旋叶分离器分离特性与机理研究

为定量地获得熔盐反应堆旋叶分离器中气泡的分离行为,采用计算流体力学（CFD）方法获得了分离器液相流场分布,基于涡旋模型耦合相间作用力的气泡分离模型开发了气泡运动的数值计算程序,快速预测了分离器内熔盐介质中气泡的临界分离直径。通过对气泡受力的量化,阐述了气泡的分离机理。分析表明,气泡受到的相间作用力的大小与其运动到分离器内不同半径位置密切相关;气泡在轴向上受到的附加质量力分力和曳力分力决定着气泡分离长度;气泡在径向上受到的压力梯度力、升力与曳力、附加质量力相平衡时,其不能再向心运动进入气芯被捕获分离。      

静态搅浑装置对核设施送风管气溶胶分布规律影响的数值分析

对气载放射性流出物中的气溶胶监测是核电厂辐射监测的重要内容之一。受通风管道结构的影响，流场尤其湍流对气溶胶在管道中输运分布的均匀性具有较大影响，对辐射监测的取样代表性带来一定困难。通过优化设计实现送风管道中气溶胶的均匀分布对取样代表性具有重要意义。经过改变叶片的扭曲角度及叶片的占比面积，设计了三种结构的静态搅浑装置，并通过数值模拟方法分析了不同搅浑装置产生的空气流场及对气溶胶浓度分布规律的影响。结果表明：静态搅浑装置能形成较强的旋流，从而改善气溶胶浓度分布的均匀性；增大叶片的扭曲角度以及内叶片的占比面积都会加强产生的旋流场，进一步影响气溶胶的扩散；内叶片面积增大的静态搅浑装置有着适中的旋流强度，其搅浑效果较其他两种结构更优，气溶胶浓度的变异系数下降了30.60%。     

裂变气体分离器气泡分离轨迹的数值模拟

钍基熔盐堆是我国重点开发的第四代核反应堆之一,其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冷却剂中,对裂变气体的分离是提高熔盐堆中子经济性、实现燃料深燃耗的重要环节。为定量地获得分离器内气泡的分离行为,采用数值模拟和理论建模相结合的方法,得到旋流场的流场分布特征;通过建立旋流场中气泡运动控制方程,分析并计算不同旋流度和气泡直径下的分离长度。与实验数据对比发现,数值模拟结果和实验数据吻合良好,表明数值模拟方法可以用于气液分离器的优化设计。     

熔盐堆中气泡分离器内部流场的数值模拟

气泡分离器是熔盐堆脱气系统中不可或缺的关键设备之一，通过离心分离的方式去除反应堆中氙等裂变气体及其载气。本文利用CFD软件Fluent，采用瞬态的二次压应力雷诺应力模型，对气泡分离器内部液相流场进行了数值模拟。分析了边界条件变化对分离器分离特性的影响。结果表明：系统压力对切向速度分布、压力分布及轴向零速包络面的结构均有较大影响，进而影响设备的分离特性。另外，对比计算结果与实验现象，也可看出，增加出口压力有利于气液分离。     

两级旋风式汽水分离器的分离性能研究

在研究国内外相关资料的基础上,设计了一种两级旋风分离器结构并针对该结构的分离性能进行了详细的数值模拟研究:依据两级旋风式汽水分离器的结构建立计算分析模型,采用数值模拟分析计算了汽水分离器的分离性能,研究不同入口速度、不同湿度对分离器分离特性的影响,搭建了气-水冷态试验回路对模型进行了验证。分析结果表明数值模拟计算结果与冷态试验结果趋势一致,分离效率计算结果偏差小;设计工况中,分离器总体分离效率优于99.5%;一级分离器适用于粗分离,其分离效率随入口湿度和速度的增大而减小;二级分离器适用于小液滴分离,其分离效率与入口速度呈正相关,与入口湿度呈非线性关系。      

波形板汽水分离器性能数值研究

采用涡量-流函数法对波形板内的流场进行了数值模拟。采用单颗粒动力学模型,即SPD模型,对波形板内水滴的运动轨迹进行了数值研究,并对波形板分离器的分离效率进行了计算,将计算结果与试验结果进行了比较,讨论了波形板汽水分离器的结构参数对工作性能的影响。研究结果表明,对波形板进行板型设计时,偏折角不宜大于45°;波形板分离器进口湿度较小时可以优先选用无疏水槽的波形板分离元件,如果湿度较大,则要优先选用有疏水槽的分离元件。     

波形板汽水分离器的机理研究

在计算波形板内流场的基础上,对波形板内液粒的运动轨迹和分离效率进行了数值计算,将计算结果与试验结果进行了比较。讨论了波形板汽水分离器的结构参数对工作性能的影响。     

蒸汽发生器一级汽-水分离器性能数值研究

采用计算流体力学(CFD)方法,应用欧拉双流体模型对核电厂蒸汽发生器(SG)一级汽-水分离器性能进行模拟.研究循环倍率、叶片升角和叶片轴向位置等因素对压降、分离效率和蒸汽湿度的影响规律.计算结果表明:对所计算的叶片,压降随着叶片升角的增加逐渐减小;叶片升角在30°时,分离效率最好且出口蒸汽湿度最小,存在一个最佳的叶片轴向位置.     

微型气相色谱法测定H2中杂质气体

为了满足氢同位素分离系统、 等离子体排灰气处理系统和贮存与供给工艺系统对进气品质的要求,需建立准确、快速、高精度的杂质气体分析方法。针对H₂中体积分数为10^-2~10^-3的气体组分He、Ne、N₂、Ar、CH₄、CO和CO₂,本研究首先采用配有1个Pora PLOT U通道和1个MS5- 通道的微型气相色谱仪,以H2为载气,建立H2中杂质气体的分析方法并优化测量参数。结果表明,杂质气体组分测量精密度优于0.2%,-0.5%<测量相对误差<0.5%,分离度>1.5,检出限为1.3×10^-6~8.5×10^-6,定量限为4.5×10^-6~36.3×10^-6,分析时间<2.5 min。在优化后的测量条件下探讨分别以He、Ne和Ar为载气测量H2中杂质气体的可行性,得到了标准气体色谱图。所建立方法能够满足工艺系统对进气的分析要求,并可拓展应用到其他氢同位素气体的杂质组分分析。     

气体闪烁正比计数器:GSPC

介绍了气体闪烁体正比计数器GSPC的结构、工作原理及其特点;提出了GSPC在低能X、7放射性污染现场测量及人体内照射全身计数现场测量应用的可能性;并就当前国外气体闪烁正比计数器的发展及应用情况作了介绍。     

模拟气体标准源法校准反应堆惰性气体监测仪效率

为准确校准惰性气体监测仪对气体源的γ射线全能峰效率,制备了以可发性聚苯乙烯（EPS）颗粒为基质材料的马林杯放射性模拟气体标准源,模拟气体标准源装样密度为4.1 kg/m³,其中含²⁴¹Am、¹⁰⁹Cd、⁵⁷Co、⁵¹Cr等8种单能γ射线发射核素。利用该模拟气体标准源,对反应堆惰性气体现场监测仪的HPGe探测器γ射线全能峰效率进行了校准,校准覆盖能区为60～1836 keV,校准的效率标准不确定度最大为4.4%。同时采用点源代表点法进行了效率校准,并将模拟气体标准源与代表点位置处的点源效率校准结果进行对比,发现在校准能区内二者的效率比不为常数,效率偏差最大达28%,通过效率传递系数可减小偏差,且可得到效率传递系数拟合曲线。最后在81 keV能量点处,得到模拟气体标准源与标准气体源的效率比为1.26,此值可作为模拟气体标准源的实际应用参考。     

基于气体电子倍增器原理的高能X射线工业CT气体探测器

分析了高能X射线工业CT所常用的闪烁探测器的优缺点,及传统气体电离室探测器存在的不足。为克服这些缺点和不足,从X光子与物质相互作用理论出发,结合高能工业CT的结构特点,探讨了高能窄X射线束入射到薄金属片中X光子和光电子的输运过程,提出了以高密度的金属片作为X光子辐射转换体,以气体电子倍增器作为光电子倍增放大的新型高能工业CT探测器方案。并利用基于Linux平台的EGSnrc程序进行了Monte-Carlo仿真。从原理上说明了这种气体倍增探测器相对于传统气体电离室探测器,既有较高的探测效率,其体积也大为减小,替代高能工业CT传统的闪烁体探测器在理论上是可行的。     

Development of In-Situ Gas Analyzer for Hydrogen Isotopes in Fusion Fuel Gas Processing

To develop a real time and in-situ process gas analyzer for fusion fuel gas processing systems, application study of laser Raman spectroscopy was performed by measurement of hydrogen isotopes. Using an Ari on type laser of which wavelength 488 nm, power 0.7 W, and single pass irradiation method, Raman spectra of hydrogen isotopes were measured and intensities of the Stokes rotational lines and Q-branch were quantitatively analyzed. The Stokes rotational lines at 587, 443 and 415 cm¹ were selected as suitable ones for quantitative analysis of H₂, HD and D₂. Normalizing the Raman intensity of partial pressure H₂ as 100, relative Raman intensity ratio of H₂:HD:D₂ was obtained as 100:58:47. The detection limit for hydrogen was estimated as 0.05 kPa in partial pressure and 500 ppm in concentration. But multiple pass method further improved the detection limit to 100 ppm.     

Gas emission from chamber walls

The neutral gas concentration in the chamber wall of a plasma experiment is described by a one-dimensional diffusion equation in the wall with a nonlinear boundary condition relating to gas emission rates. The equation is transformed to an integral equation, which is solved analytically for short and long times and also numerically. Chamber pressure rise during and after plasma decay is compared with experimental data.     

温度,压力对漂移室气体增益的影响

研究了温度及气体压力对漂移室（工作于正比区）气体放大倍数的影响，温度和气体压力的变化范围分别是５￣４０℃及９０￣１０５ｋＰａ。用实验数据拟合得到了函数关系并测量了几种饱和度下函数中的参数值。