脉冲筛板萃取柱内流场及轴向扩散系数的数值模拟

论文摘要

脉冲筛板萃取柱是乏燃料后处理工艺中的关键设备,一直受到广泛关注和深入研究。本文采用CFD软件Fluent建立脉冲萃取柱流动及示踪剂质量传递的模型,旨在建立一种使用CFD模拟来求解脉冲萃取柱内两相共存体系中连续相轴向扩散系数的方法,同时使用脉冲筛板萃取柱来验证模拟结果的准确性,并以此为基础来预测脉冲筛板萃取柱的萃取传质性能。本文采用二维轴对称网格计算脉冲筛板萃取柱内的流动与传质。文中实验目的在于水力学参数的获得,而未考虑相间传质,采用体积置换法测量脉冲萃取柱内离散相的平均存留分数。对于离散相体积分数分布,CFD模拟结果显示：(1)脉冲速度对脉冲萃取柱较低位置的几块筛板处离散相存留分数影晌较大,萃取柱上部区域的存留分数较为均匀。在实验中也发现在下面几块筛板间的区域状态并不稳定,受脉冲的影响较大。(2)越靠下区域的存留分数受脉冲影响越大,相应的存留分数平均值也较低。当达到一定高度后,存留分数的平均大小接近恒定,且受脉冲的影响也更小,为脉冲筛板萃取柱的稳定操作区。CFD计算表明：(1)关于萃取柱内两相速度分布,水相流速直接随脉冲速度变化,有机相速度变化不如水相明显；(2)示踪剂浓度峰值所在的位置随脉冲有所变化；(3)通过示踪剂停留时间对比,可以发现示踪剂浓度测定与实验模拟结果的大小相近,只是出峰时间都相差一分钟左右。本文在描述示踪剂扩散的轴向模型的基础上,采用最小二乘法处理两个检测口处示踪剂浓度,以求解脉冲萃取柱内连续相的轴向扩散系数。通过对木同检测位置示踪剂浓度的实验结果与CFD模拟结果的处理计算了各自所对应的连续相轴向扩散系数。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 脉冲萃取柱
• 1.1.1 脉冲萃取柱的操作
• 1.1.2 脉冲萃取柱的研究方法
• 1.2 微分接触模型——轴向扩散模型
• 1.2.1 轴向扩散模型
• 1.2.2 轴向扩散系数的实验获得方法
• 1.2.3 相间传质通量
• 1.3 计算流体力学模拟脉冲萃取柱方面的研究进展
• 第2章 实验及计算方法
• 2.1 实验装置
• 2.2 实验方法
• 2.3 模拟原理及计算方法
• 2.3.1 多相共存体系内流体流动与传递的基本方程
• 2.3.2 多相共存体系的计算模型
• 2.4 CFD方法
• 2.5 本章小结
• 第3章 实验及CFD模拟结果
• 3.1 实验得到的流场信息
• 3.2 模拟计算得到的流场信息
• 3.2.1 离散相体积分数分布
• 3.2.2 CFD得到的两相速度分布
• 3.2.3 CFD得到的示踪剂浓度分布
• 3.2.4 示踪剂浓度对比
• 3.3 本章小结
• 第4章 轴向扩散系数计算结果
• 4.1 求解模型及方法
• 4.1.1 数学模型
• 4.1.2 求解方法
• 4.2 求解结果分析
• 4.2.1 使用矩法求解
• 4.2.2 不同拟合结果对比
• 4.2.3 轴向扩散系数随脉冲速度的变化
• 4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 附录