多池式静电准液膜装置的设计特征

由本实验室发展出的静电式准液膜是一种新型的液膜分离技术。它适用于分离、纯化与农缩水溶液中的特定溶质,在湿法冶金(包括核燃料循环)与废水处理等领域具有潜在的竞争能力。本文讨论多池式静电准液膜装置的某些设计特征。     

静电式准液膜法提取Eu~(3+)的研究

用静电式准液膜这一新型分离方法,研究了P5709-加氢煤油提取Eu~(3+)的过程。通过实验,确定了萃取剂浓度、料液初始pH值等工艺条件以及用于相分散的电场电压、料液流量等操作条件。实验结果表明,静电式准液膜适用于P 5709提取Eu~(3+)的体系。含Eu~(3+)780 ppm的料液经准液膜反应槽萃取4秒钟左右,萃取率可达95%以上,同时在反萃侧可使Eu~(3+)浓缩50倍。     

起伏非线性振动下倾斜上升管内气液两相流流型转变分析

本文对不同起伏非线性振动条件下倾斜上升管内气液两相流流型及转变规律进行实验研究,借助高速摄影仪对起伏非线性振动状态下气液两相流的流型进行分类。结果表明,倾斜上升管气液两相流有弥散泡状流、起伏弹状流、准弹状流和液环式环状流4种。对弥散泡状流向起伏弹状流和准弹状流向液环式环状流的转变机理进行分析,在稳定状态转变机理的基础上引入振动参数,建立了考虑振动加速度的关系式。本文建立的流型转变关系式与实验结果吻合较好。     

串列式加速器

一、引言串列式加速器的全称叫串列式静电加速器,它是由静电加速器演变和发展来的。静电加速器是用静电电场去加速带电粒子的设备。众所周知,静电电荷分为正电荷和负电荷两种,而且具有“同性相斥,异性相吸”的性质。如果我们能够用某种方法使一个与     

波形板壁液膜破裂实验研究

设计并搭建了横掠气流下波形板壁液膜破裂可视化研究的实验台架,研究不同液膜厚度下气流速度与液膜破膜速度之间的关系。通过改变液膜流量和气流速度获得不同液膜厚度条件下的临界破膜速度,并利用高速摄像技术对液膜破裂行为进行研究。结果表明,液膜的破裂与气流速度、液膜厚度有关,两者呈负相关性;无量纲分析表明液膜的惯性力和气流剪切力是导致其破裂的不稳定性因素,而壁面粘性力和液膜表面张力则是抑制液膜破裂的稳定性因素;液膜在临界气流剪切力作用下发生破裂的破口是从波形板的屈折角(凸角)开始的,而且液膜可以以不同的形式被卷入到气流中,液膜破裂形态与液膜厚度有关。     

基于MPS方法模拟液态铅铋合金中弹状气泡上升

基于移动粒子半隐式(MPS)方法对液态铅铋合金中单个弹状气泡的垂直上升行为进行数值模拟,得到弹状气泡上升过程的形态变化、气泡最终上升速度拟合直线及下降液膜厚度与下降液膜中的轴向速度分布。将部分数值模拟结果与文献中的实验结果进行比较,揭示了弹状气泡最终上升速度、下降液膜厚度及其中轴向速度分布所满足的规律。比较结果证明了所选取计算模拟模型的正确性与合理性,以及MPS-MAFL方法用于模拟弹状气泡上升行为的准确性与可靠性。     

气泡破裂点位置及液膜卷曲速度实验研究

利用高速摄像技术构造可视化装置拍摄纯水中气泡在自由液面处破裂产生膜液滴的整个过程，包括气泡浮动、液膜排液、破裂点形成、液膜卷曲、瑞利不稳定射流形成膜液滴等阶段。气泡破裂点产生相对位置及液膜卷曲速度对于气泡破裂产生膜液滴过程非常重要，通过图像后处理得到两者实验数据。结果表明：对于实验中气泡曲率半径在2～18 mm范围内的137个数据，其破裂点产生位置主要位于气泡底部，气泡顶部同中间有破裂点产生，但发生频率远低于气泡底部。对曲率半径在7～28 mm范围内的气泡数据进行拟合，得到液膜卷曲速度同气泡曲率半径的关系式。     

碳剥离膜的厚度对电荷态分布的影响

在SSC加速器的前束流输运线上探索碳剥离膜的厚度对被剥离后束流电荷态分布的影响,是本实验的目的。因为作为SSC的注入器,我们回旋加速器束流的引出能量较高,因此碳剥离膜的平衡厚度要求大大超过一般用在串列静电加速器头部所使用的碳膜厚度,有人曾用公式x(μg/cm~2)=5.9285+22.386w-1.1292w~2来估计碳膜的平衡厚度与能量之间的关系,误差范围为100％。式中,w以MeV/A为单位。为了研究碳剥离膜的厚度对束流电荷分布的影响我们进行了如下实验。     

竖直波形板折角处液膜破裂研究

通过对曲线坐标系下2维边界层的纳维-斯托克斯（N-S）方程与连续性方程的推导，并结合定义无量纲量的方法，建立了液膜破裂模型，得出了一种波形板折角处的液膜临界破膜速度的理论计算方法；开展了液膜破裂实验研究，利用平面激光诱导荧光技术与图像处理方法分析了临界破膜速度与液膜厚度的关系。实验与模型计算结果均表明:波形板折角处的临界破膜速度与液膜厚度呈负相关关系；当液膜厚度相同时，波形板临界破膜结构参数越大，其临界破膜速度亦越大，利于气水分离效率的提高。      

波形板干燥器内壁面液膜破裂临界条件的实验研究

对波形板干燥器发生二次携带现象的临界条件进行了实验研究。结合可视化实验台和平面激光诱导荧光法对波形板干燥器通道内壁面上自由下降液膜厚度进行了测量,并拟合了液膜厚度与液膜雷诺数的经验关系式,在此基础上研究了发生二次携带的临界条件。研究结果表明,横截面上下降液膜厚度不均匀,随液膜流量的增大,横截面液膜高度的极大值从边缘两侧逐渐向中心区域移动,液膜横截面的平均厚度随液膜下降而逐渐增大,且导致壁面液膜破裂的风速随液膜厚度的增大而减小。     

垂直下降液膜波动特性实验研究与谱分析

利用平面激光诱导荧光技术（PLIF）结合数字图像处理对不同Re下液膜厚度的实时变化进行测量。通过MATLAB内建功率谱密度计算函数对液膜波动的时间序列进行进一步的处理,获得了液膜波动特性的功率谱密度(PSD)曲线,对不同Re下的液膜波动规律进行了频谱分析。结果表明：液膜波动具有显著的多频特性,且各频率有优劣之分,孤立波数量虽少,却携带液膜波动的大部分能量,对液膜波动的贡献不可忽略。液膜波动幅度与Re有关并呈现出一定的规律性：小Re时,液膜的波动幅度与Re有强烈的相关性,随Re的增大而增大;中等Re时,液膜的波动幅度基本保持稳定;大Re时,孤立波的出现使液膜波动幅度急剧增大,液膜波动不稳定性增强。     

不同壁面特性下液膜铺展性能数值模拟

液膜在安全壳表面的流动铺展性能对非能动安全壳冷却系统有重要的影响。采用三维数值模拟方法研究了降膜板表面形貌、接触角与液相雷诺数对液膜铺展性能的影响,并将结果与前人的实验和理论结果对比,吻合良好。研究发现,当降膜板为横向波纹板时液膜完全铺展时间、液膜厚度及界面湍动程度明显大于平板与纵向波纹板,此时波纹板波谷处会有循环流动产生。随接触角的增加或液相雷诺数的减小,液膜逐渐从完整流转变为片状流、溪流、滴状流。在纵向波纹板对液膜的导流与撕裂综合作用下,随接触角的变化,液膜的铺展性能与平板相比也发生较大的变化。     

环状流液膜界面扰动波湍流诱导形成机制研究

为探明环状流液膜界面扰动波形成机制,以准确预测液膜质量输运和干涸（Dryout）型临界热流密度特性,本研究通过将高速摄像与液膜厚度电导传感结合的方法,分别对液膜界面波的演化行为和液膜厚度进行定性可视化分析和定量测量实验。结果表明,高湍动的气芯与液膜的相互作用在液膜界面上形成毫秒级不规则演变的涟波,高频涟波先驱经过一系列秒级自卷积演化成随机分布的扰动波;扰动波形成机制的数学模型表明,液膜界面扰动波的形成时间间隔符合伽马分布,伽马分布阶数与气相速度正相关但独立于液相流速。      

大平板上液膜冲击附板行为的数值模拟研究

利用FLUENT内的EWF模型对大平板上液膜冲击附板时发生的一系列流动行为进行了三维数值模拟研究。分析了不同工况下大平板上不同流量下降液膜冲击不同宽度和厚度附板后的液膜损失,并对比了一定高度返回槽收集水量的实验值和模拟计算值,两者吻合程度较为良好。分析了液膜冲击附板的流动行为的4个过程,并通过分析附板尺寸和液膜流量对液膜冲击附板行为的影响,得到了液膜损失率与受附板高度影响的液膜溅射空间数和液膜冲击附板时的韦伯数之间的关系,发现EWF模型在模拟降液膜冲击不同焊缝高度的附板时存在不足。     

大平板上液膜冲击附板行为的数值模拟研究

利用FLUENT内的EWF模型对大平板上液膜冲击附板时发生的一系列流动行为进行了三维数值模拟研究。分析了不同工况下大平板上不同流量下降液膜冲击不同宽度和厚度附板后的液膜损失,并对比了一定高度返回槽收集水量的实验值和模拟计算值,两者吻合程度较为良好。分析了液膜冲击附板的流动行为的4个过程,并通过分析附板尺寸和液膜流量对液膜冲击附板行为的影响,得到了液膜损失率与受附板高度影响的液膜溅射空间数和液膜冲击附板时的韦伯数之间的关系,发现EWF模型在模拟降液膜冲击不同焊缝高度的附板时存在不足。     

非能动安全壳中降膜流动与波动特性数值模拟研究

基于非能动安全壳建立了1:45的简化的二维数值模型,在保持无量纲数不变的前提下,利用流体体积函数（VOF）模型捕捉气-液交界面,分析了不同雷诺数（Re）条件下的液膜铺展状况。通过与实验结果的对比,模拟结果能够较好地反映出实验结果中的液膜波动现象,且液膜厚度的变化与Re一致;竖壁降膜过程受多种力的综合作用,波动的液膜可以分成明显的层流底层与独立波两部分,层流底层流速较低而独立波沿流动方向移动较快,随着液膜的铺展,独立波之间发生碰撞和融合并加剧液膜的波动性;随着Re的增加,层流底层的液膜厚度及独立波的振幅都有所增加,同时波动性加剧。      

气液并流向下通过筛板孔口的液膜厚度模型

通过孔口的收缩-膨胀增强气液接触是强化气液两相传热传质的重要方式，其中孔口边缘的液膜厚度则是建立气液两相传递过程动力学模型的关键参数。基于孔口流动时的气液相力平衡原理，建立了气液两相并流向下通过孔口的液膜厚度模型，并将模型预测的液膜厚度与管道环状流液膜厚度进行了对比分析，表明了新模型的有效性和广泛适用性。基于新建液膜模型，从流体受力的角度分析了气液流量、液相运动黏度以及孔口直径等参数对液膜厚度的影响。结果表明：随气相流量提高，气液界面速度增大，气液界面剪切力增强，无因次液膜厚度随之减薄；液相流量增大，气相流通面积减小，气相流速增大，尽管气液界面剪切力及气液界面速度均有所增大，但液量的直接增量最终导致无因次液膜厚度增厚；液相运动黏度增加，尽管气液界面剪切作用增强，但气液界面速度减小，液膜厚度增厚；相同流量下，孔口直径增大，气液界面剪切力及气液界面速度均减小，液膜厚度随之增加。     

自支衬碳薄膜的制备

碳薄膜因纯度高、导电、原子序数小和能耐受较大的粒子流轰击而有很多用途。如低能核反应中的穿透靶底、电子显微镜的样品承托膜、串列式静电加速器中的电荷剥离器、束一箔谱学中的激发膜等都常采用碳薄膜。它的优点是可以做得很薄(几μg/cm~2)而无砂眼,对粒子流透明度好;并因对粒子散射小很少影响束流特性。在作穿透靶底用时,因有较好的化学稳定性与热稳定性,可以将很多靶物质蒸发到碳膜的表面上;并由于碳棒纯度高(光谱纯),不易有污染核反应出现。     

波形板壁面液膜的神经网络及混沌特性分析

波形板干燥器是船用核动力系统中重要的汽水分离设备,其壁面上自由下降液膜的流动特性对干燥器的汽水分离效率及船用核动力装置的安全性指标有着较大的影响。基于平面激光诱导荧光技术（PLIF）对不同雷诺数下的壁面薄层液膜厚度进行测量。通过小数据量法计算不同工况下的液膜厚度时间序列的最大Lyapunov指数,分析壁面液膜的混沌特性并进行相空间重构。利用反向传播（BP）神经网络解决非线性问题的优势对液膜厚度进行预测,完成了单隐层BP神经网络预测模型的建立并实现了自由液膜厚度的非线性特征分析。结果显示:最大Lyapunov指数与液膜雷诺数呈正相关关系;在大雷诺数区生成的孤立峰同重力及液膜间的叠加作用相互耦合,使液膜混沌特性变得更加明显。      

丝网芯内钠薄液膜蒸发与毛细特性研究

高温碱金属丝网芯热管主要应用于核能、航空航天等领域。由于碱金属工质与常规低温工质在热物性上存在显著差异,且丝网芯热管内部运行机理复杂,碱金属工质在丝网芯表面的相变行为亟待研究。本文建立了以前驱膜理论和蒸发弯月面液膜理论为基础的丝网芯毛细蒸发薄液膜模型,考虑分离压力的电子分量与钠液膜热传导效应,对液态钠工质在丝网芯表面的毛细现象进行了分析,进而探究了不同运行参数对钠液膜传热传质与毛细特性的影响。研究表明,液态钠工质主要在本征弯月面内发生相变,运行温度通过改变工质热物性影响液膜的传热传质能力。丝网芯的动态调整能力与丝径和孔径等几何参数有关,通过改变液膜接触线位置,进而改变蒸发面积和三相接触线长度,从而影响丝网芯受力情况和传热传质能力,改变丝网芯表面液膜提供的毛细力。