離心法氣體純化的理論和實驗研究

《離心法氣體純化的理論和實驗研究》是依託清華大學，由周明勝擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：離心法氣體純化的理論和實驗研究
• 依託單位：清華大學
• 項目負責人：周明勝
• 項目類別：面上項目

項目摘要

鈾濃縮、穩定同位素的離心分離以及國民經濟各個行業，對氣體純化有強烈的需求，為研究離心法在氣體純化領域的套用，本項目採取實驗研究和理論最佳化相結合的方法，對氣體離心機轉子內部結構進行重新設計。首先根據強旋條件下的流體動力學原理提出純化離心機基本結構，並進行原型實驗驗證。進而採用數值方法對其結構參數開展最佳化，同時研究強旋條件下氣相混合物的傳質過程，得到不同組分的氣體混合物在不同條件下純化效果的變化規律。氣體的離心法純化是一個比較新的領域，其純化機理和純化效果評價也是本項目的研究內容。通過本項目的研究，初步掌握純化離心機的純化機制、轉子內部流動分布、以及純化離心機內部結構參數的最佳化方法，為離心機在氣體純化方面的套用進行理論探索和技術儲備。項目的實施將開闢離心法新的套用領域，提升我國離心技術的研究水平。

結題摘要

鈾濃縮生產是我國國防安全和核電發展的基石。穩定同位素在醫療衛生、基礎物理研究、農業生態、工業生產等領域有廣泛套用。在鈾濃縮生產及離心分離穩定同位素時，輕雜質氣體會在級聯中積累並產生嚴重影響，因此必須對原料進行氣體淨化。本課題基於氣體離心法，開展了輕雜質氣體淨化的理論和實驗研究。 通過在轉子肩部加裝盤型分子泵，開展了盤型分子泵結構設計參數的實驗研究。實驗結果表明，加裝盤型分子泵在一定程度上抑制了輕雜質對機器功耗的影響。實驗還確定了盤型分子泵的最佳結構設計參數。 為進一步克服輕雜質對功耗的影響，開展了轉子內部分子泵技術研究。結合轉子肩部盤型分子泵研究成果，考慮轉子內部尺寸條件、運輸及安裝限位條件以及轉子壓裝條件等因素，完成了轉子內部雙面盤型分子泵設計。 對於轉子內部加裝雙面盤型分子泵機型，綜合考慮轉子纏繞、轉子安裝以及轉子由靜態到達工作狀態的過程中，雙面盤型分子泵上下間隙的變化，總結出雙面盤型分子泵工作間隙過程控制測量技術，實現了樣機製作。 分別開展了轉子內部加裝分子泵機型淨化Xe和C7F14的實驗研究，證明了該機型在分離介質中有輕雜質存在時，可以實現相同功耗下供料流量的提升。同時還研究了較高的輕雜質含量對目標組分分離係數的影響。 開展了筒型取料腔和盤型取料腔供取料結構的設計及實驗研究，提出了3種供取料結構設計方案，並進行了性能分析，其中盤型取料腔供取料結構相對最優，但還需進一步改進。 開展了多支臂取料結構和不同孔徑的輕組分取料支臂結構的設計及實驗研究，提出了2種多支臂取料結構，以及4種不同孔徑的輕組分取料支臂結構，並進行了性能分析，其中輕組分取料支臂的孔徑調節對離心法淨化的流量影響較為明顯。 開展了純化效率評價機理的實驗研究，通過二元混合物氣體純化實驗，提出了3種純化效率評價方式，最終的純化效率評價準則須基於大量的實驗數據進行比對。