论文摘要
在使用医用同位素反应堆（MIPR）分离提纯医用同位素99Mo和131I时,由于反应过程中会不断产生热量并伴随裂变气产生,为了控制堆内平均温度（通常≤80℃）以使样品不致挥发,这就需要精心设计反应堆的冷却系统。本课题在自然对流和两相流理论分析基础上,针对医用溶盐堆的模拟原型试验结构尺寸和运行工况,对实验模型进行简化,建立了内热源液池内自然对流和气液两相流动换热的三维物理、数学模型。模型中,对由内热源驱动的液体自然对流,采用Boussinesq假定进行处理;对液池内的湍流流动换热,利用RNG k-ε湍流模型进行计算;流体导热系数、比热、运动粘度、膨胀系数等均采用变热物性处理;对内热源液体中的气泡运动,采用Euler-Lagrange离散相模型进行计算,并考虑气、液两相间的相互作用和影响。本课题首先对竖直圆管换热器在不同内热源强度液池内的单相湍流自然对流换热过程进行了数值模拟计算,并对单相湍流自然对流换热性能计算结果与试验测试结果进行了比较和验证,证明了本课题所建模型和所采用的数值模拟方法的可靠性和正确性,并总结了相应的单相自然对流换热经验关系式;同时,分析了数值计算结果与试验测试结果之间产生偏差的原因。在此基础上,对鼓泡情况下内热源液池中的气液两相湍流对流换热过程进行了模拟,结合试验鼓泡流量确定共三种气泡大小,对不同大小气泡驱动情况下的流体进行数值计算,计算得到的两相对流换热性能与相应试验测试结果进行了比较分析。利用相似理论和量纲分析,推导了内热源液池内两相流动换热的无因次准则关系式,总结了Nu数的经验关系式。分析比较了自然对流和气液两相流情况下,鼓泡流量和内热源强度对换热的影响,同时比较分析了自然对流和气液两相流换热的差异。根据壁面热流密度等效的原则,建立了水平环形圆管在柱形内热源液池内自然对流和气液两相对流的三维物理数学模型,通过模拟计算,总结了相应的换热计算经验关系式;分析比较了层流自然对流和湍流气液两相流情况下,气流量和内热源强度变化对溶液温度和流场以及对换热的影响规律。