《圓柱中強旋流場環流驅動機理實驗研究》是依託清華大學，由張剴擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：圓柱中強旋流場環流驅動機理實驗研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：張剴
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
離心法是先進的大規模鈾濃縮方法，是多種穩定同位素獲取的重要方法，離心機分離性能相關研究意義重大。氣體離心機轉子的超高速旋轉，產生比重力場大數十萬倍的離心力場。在此條件下驅動氣體流動，建立合適的質量輸運以分離同位素。不同元素氣體介質在強旋流場中由於其物理性質不同，輸送性質也不同，導致不同的分離效果和離心機水力學特性，對分離性能影響顯著。支臂驅動效應是驅動質量輸運的關鍵因素之一，它由流場中取料支臂產生，不同半徑或形狀的支臂導致的分離效果差異明顯。本項目將針對如何建立驅動效應與質量輸運之間的關係這一離心分離理論中的基礎性課題，主要通過實驗手段，探索支臂驅動與支臂參數的相互關係，了解驅動機制，把握質量輸運與驅動的關係。相關成果具有重要價值：理論上可提升分離理論研究水平，促進理論與實驗的結合；實驗上可研究探索強旋流場的控制、測量和分析方法；套用上可最佳化分離裝置的結構，提高分離效率，開拓離心機的套用。
結題摘要
離心法是先進的大規模鈾濃縮方法，也是多種穩定同位素獲取的重要方法，離心機分離性能研究意義重大。氣體離心機轉子超高速旋轉，產生比重力場大數十萬倍的離心力場。在此條件下驅動氣體流動，建立合適的質量輸運以分離同位素。不同元素氣體介質在強旋流場中因物理性質不同，輸送性質也不同，導致不同分離效果和離心機水力學特性，對分離性能影響顯著。支臂驅動效應是驅動質量輸運的關鍵因素之一，它由流場中取料支臂產生，不同半徑或形狀的支臂導致的分離效果差異明顯。本項目針對如何建立驅動效應與質量輸運之間的關係這一離心分離理論中的基礎性課題，發展一種有效的實驗研究方法，以探索支臂驅動與支臂參數的相互關係，了解驅動機制，把握質量輸運與驅動的關係，提供分離性能最佳化的手段。 實驗研究作為支臂驅動理論研究的實驗驗證及基礎數據獲取手段，所需探索的方法，關鍵在於可以在不影響離心機內部流場分布情況下，線上精確調整支臂位置，獲取所需實驗數據，進而總結實驗規律。通過廣泛調研，設計了各種實驗驗證裝置，並進行前期驗證。從驗證方案中，優選出一套合理方案，並最終套用於實際裝置研製，開展了具體運行試驗。最終解決方案克服了前人探索過程中遇到的種種問題，在流場理論確定的對流場干擾足夠小的狹小空間範圍內，成功植入一套精密定位裝置。在關鍵難點上獲得的成果包括：1、採用新型電機用於驅動支臂，並利用光柵實時反饋位置信息，通過全閉環位置控制機制，有效解決了定位精度及對支臂絕對位置實時監控的要求；2、創新性採用低剛度彈性連線件連線支臂與料管，同時解決狹小空間內，氣體密封要求高與支臂移動阻力要求低的問題；3、採用全電控制方式，不藉助任何機械連線干預支臂運動，而僅通過電纜對其驅動及測量，探索特殊貫穿方法，讓電纜在狹小空間內貫通機器內外，保證機器氣密性並避免了外部機構對機器內部流體的干擾；4、發展了一套光學定位方法對系統進行位置標定，解決了精確初始位置的獲取問題，為試驗數據的精確分析打下良好基礎。 實驗研究方法成功套用於真實離心機系統中，裝置植入離心機內部，在全速運行狀態下進行考核，開展了相關實驗研究；試驗結果證明方法的有效性與可靠性，為離心機流場研究及驅動性能最佳化打開一條重要通道；相關結果受行業單位高度重視，認為相關研究為本領域亟待破解的一些關鍵性問題提供了解決方案，並致力推動其套用於新一代機型研製。
