《熔鹽堆氣液分離器氣芯形成演化機理研究》是依託上海交通大學，由尹俊連擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：熔鹽堆氣液分離器氣芯形成演化機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：尹俊連
- 依託單位：上海交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
釷基熔鹽反應堆是我國重點開發的第四代核反應堆之一，其中裂變氣體的分離是熔鹽堆提高中子經濟性，實現燃料深燃耗的重要環節。本課題針對一種新型的用於裂變氣體分離的旋流分離器，其分離效率決定於旋流氣芯的形成機理。為了揭示旋流氣芯的演化規律，本項目擬通過實驗、數值模擬和理論分析相結合的方法，研究分離器氣液兩相流場的流動結構、氣芯的分離模型和氣芯的穩定性控制條件，建立氣液兩相流的數值計算模型，揭示氣芯與流動參數（如含氣量、雷諾數、韋伯數）和結構參數（旋流數、旋流腔長度）的關聯規律，提出控制氣芯穩定性的條件，並獲得氣芯穩定、分離效率高、壓降小的分離器參數最佳化模型，為釷基熔鹽堆分離器的設計提供技術支撐。
結題摘要
釷基熔鹽反應堆是我國重點開發的第四代核反應堆之一，其中裂變氣體的分離是熔鹽堆提高中子經濟性，實現燃料深燃耗的重要環節。本課題針對一種新型的用於裂變氣體分離的旋流分離器，其分離效率決定於旋流氣芯的形成機理。為了揭示旋流氣芯的演化規律，本項目通過實驗、數值模擬和理論分析相結合的方法，研究了分離器氣液兩相流場的流動結構、氣泡的分離模型和氣芯的穩定性控制條件，建立了氣液兩相流的數值計算模型，提出了控制氣芯穩定性的條件，為釷基熔鹽堆分離器的設計提供技術支撐。 為獲得分離器內流場的結構特徵，首先採用數值模擬方法提取不同軸向位置圓周速度和軸向速度的分布，利用特徵渦得到代數化的流場。採用PIV對分離器內單相流場進行了測量，得到了分離器內軸向位置的速度雲圖和不同雷諾數對於流場的影響，並驗證了數值模擬結果的可信度。還利用歐拉-歐拉多相流建模方法，研究了氣泡形成氣芯過程中氣泡的相間速度分布特徵及氣芯的形態變化規律。 氣泡分離模型的建立從數值模擬、實驗和理論推導三個方面著手。基於歐拉-拉格朗日方法的數值模擬研究得出了影響氣泡分離長度兩個主要參數是氣泡直徑和旋流數，並建立了分離長度與兩者的關係式。此外，還提出了一種數值計算方法：建立氣泡受力的數學模型，獲得單個氣泡的運動方程與力及液相流場的關聯式，高效又準確地預測氣泡的分離軌跡。為了驗證以上方法的準確性，利用軟體TEMA對氣泡軌跡進行追蹤，獲得分離長度。經比較，數值模擬結果與實驗結果誤差在10%以內。 在氣芯形成條件的研究中，利用高速攝像進行可視化實驗，發現氣芯演化依賴於氣泡分離途徑，關鍵控制參數為背壓。臨界背壓值隨雷諾數的增加而增加，隨旋流數的增加而減小。套用PIV/LIF 和Pulsed Shadowgraph技術獲得了氣液界面和液相流場結構，定性地看出氣芯邊界液相速度近似為零，分離器邊界速度較小。
