离心级联全分离因子的实验数据分析

在离心级联分离多组分稳定同位素过程中,找出组分间的全分离因子同它们的相对分子质量差之间存在的确定性关系,有利于级联的分离计算和实验研究。建立了实验数据可靠性分析原则,确定了符合实验条件的数据;得到在定常态下短离心级联中,任意组分间的全分离因子与其组分间的相对分子质量之差存在指数关系。应用所建立的级联全分离因子关系式,对文献中发表的离心级联分离稳定同位素的实验数据进行了分析研究和补全工作。     

多组分气体离心分离级联的解析优化

为降低级联的建设和运行成本,使设计总流量较小,提出了一种多组分分离级联的一维解析优化方法。应用匹配丰度级联理论的基本原理,计算了不同关键相对分子质量下的级联,分析了级联参数的变化。在匹配丰度级联中,关键相对分子质量是两个关键组分相对分子质量的平均值。得到一种通过调整关键相对分子质量和级联的级数以得到总流量较小级联的解析计算方法。用这种方法,设计了一个分离28S i的级联,并将此结果和文献中的结果进行了比较。该方法得到的级联总流量接近最小值,计算量很小,可以用于多组分分离的优化设计。     

离心级联的流体状态模拟

离心级联的流体状态是影响级联分离效果的重要因素。为了得到满足水力学要求的级联设计参数,在原有的离心级联水力学暂态流模型的基础上,对阀门的计算方法进行了改进,并且添加了管道流量(或压强)自动调节器模型,使级联可以根据设计要求对水力学状态进行自动调节。数值计算的结果表明,该方法可以得到满足水力学要求的级联设计参数,简化了级联水力学状态的调整过程。由此得到的级联的各设计参数可以作为实际级联的调整和设计的参考依据。     

分离级联中出现峰值组分的质量与平均质量的关系

为了获得所需丰度的同位素，需要将多个分离单元联结成级联。因而必须对多元同位素混合物在级联中的分离情况进行深入研究。假定分离系数小，从多组分级联输运方程出发，利用全分离系数与不同组分质量差的关系，导出了在级联中某组分丰度出现峰值处该组分质量与平均质量的关系。并对级联中分离单元的分离情况进行了分析。得出以下结论：在级联分离多组分同位素混合物的过程中，当某一组分的丰度在级联中出现峰值，其质量等于此处平均质量（略有偏移），以上结论是在小分离系数的条件下得到的，对于大分离系数的情况也有参考价值     

离心机特性参数的水力学分析

级联水力学的研究对离心级联分离同位素的效果以及级联的运行有着重要的影响。特性参数k和δ是影响离心级联水力学状态的重要参量。文中采用解析方法研究了k和δ对静态级联水力学的影响,并用数值方法加以验证。分析结果表明,只有在特性参数取某些特定的取值,即只有k和δ取值范围在k=1,δ=0;k=1,δ>0;k<1,δ>0;k<1,δ<0;k>1,δ<0时,所研究的模型级联才能工作在要求的工作点,得到各级相同的状态,并具有较好的静态特性。数值方法得到相同的结果。所得到的结果可用在离心级联设计和分析中。     

离心级联供料扰动过程中丰度分布的数值模拟

为了得到离心级联流体状态变化时同位素丰度分布情况,建立了丰度变化下的动态数学模型,与水力学数值模拟进行耦合,利用Q迭代算法求解了动态丰度方程。Xe分离数值模拟结果表明,该模型和算法可以有效求解离心级联动态丰度分布。在扰动幅度和持续时间都相同的情况下,丰度的变化与该组分在同位素中的位置、距离扰动级的位置、机器滞留量以及稳态下丰度的分布情况都密切相关。研究结果可供实际同位素生产中参数分析和调整时参考。     

离心级联水力学的扰动分析

为了提高离心级联的分离效果,研究了各级机器参数扰动时所引起的流体状态偏移。在求解离心级联水力学静态特征根的基础上,以扰动级为界,通过对级联贫化、浓化部分分段求解,得到了水力学流体状态偏移的解析解,并用数值实验加以验证。结果表明:对于小扰动情况下的离心级联,用解析与数值2种方法得到的流体状态偏移曲线十分相似,主静态特征根Z2对级联中压强和流量的偏移起主导作用。因此,该解析解可以为实际离心级联参数的调整和设计提供参考依据。     

离心级联水力学的扰动分析

为了提高离心级联的分离效果,研究各级机器参数扰动时所引起的流体状态偏移。在求解离心级联水力学静态特征根的基础上,以扰动级为界,通过对级联贫化、浓化部分分段求解,得到了水力学流体状态偏移的解析解,并用数值实验加以验证。结果表明:对于小扰动情况下的离心级联,解析与数值两种方法得到的流体状态偏移曲线十分相似,主静态特征根Z2对级联中压强和流量的偏移起主导作用。因此,该解析解可以为实际离心级联参数的调整和设计提供参考依据。     

考虑轻杂质时离心级联中组分分布的数值模拟

为了清楚地了解离心机级联中轻杂质的传播与分布,对利用离心法获取同位素过程中存在的轻杂质问题进行了数值模拟。根据实际的物理过程,建立了新的质量损失模型及轻杂质(HF)产生模型。数值模拟中将反映物质守恒的微分方程进行差分处理,以W F6为工作介质,考虑腐蚀损耗、供料中的轻杂质及离心机级联系统漏率,求解差分方程组,得到了离心级联中各组分的丰度分布,并与旧的模型进行了比较。数值计算结果显示新模型得到的轻杂质丰度在精料端的积累量远高于旧模型,理论上该模型能够更准确地反映离心级联中轻杂质传播与分布情况。     

多元分离矩形级联最佳供料位置的确定

多元同位素分离理论是稳定同位素分离的理论基础。矩形级联具有机器种类少，连接简单等特点，适合分离种类多，小规模生产的稳定同位素。用矩形级联分离多元同位素，在外界参数不变的情况下，改变供料位置，目标同位素的产品丰度有较大差别，这就要求选择最佳供料位置使产品丰度最高。从推导二元小分离系数短矩形级联的最佳供料位置出发，分析了当分离系数增大及级联加长时供料位置的变化趋势，并通过求解非定常态多元分离级联丰度非线性方程组，得出多元分离的最佳供料位置的变化趋势及最佳供料级入口丰度和供料丰度之间的关系     

充气量和供料对脉冲级联稳态丰度分布的影响

脉冲级联是新提出的同位素分离级联的概念,了解脉冲稳态丰度分布是开发脉冲级联应用中的一个重要方面。为了明白稳态丰度分布的影响因素并加以利用,以提高脉冲级联的分离性能,利用一种结合了Q迭代法的时间推进方法求解脉冲级联的稳态丰度分布,并将分离效果用平均分离系数来整体描述。通过对矩形脉冲级联分离钨同位素的讨论,分析了充气量和供料对稳态丰度分布的影响。结果表明:级联的平均分离系数不随级联各级离心机充气量的变化而变化,但随着管道充气量与供料量之比的增加而增大;在级联中部存在一个最佳供料位置,使得平均分离系数最大。     

非光滑叶片对叶栅气动特性影响的实验研究

在低速平面叶栅风洞中对光滑叶片及3种非光滑叶片进行了实验研究,分析了非光滑叶片对叶栅出口流动特性的影响。实验结果表明,采用非光滑叶片改变了叶栅出口旋涡结构及流动分布,使叶栅出口的流场趋于均匀,叶片可以随更大的负荷。     

叶片弯曲对压气机叶栅损失与速度的影响

进行了带尾板的由常规直叶片、正倾斜叶片、正弯曲叶片、反弯曲叶片、S形叶片组成的5种矩型压气机叶栅在低速风洞上的实验研究，测量了叶栅出口流场，分析了零冲角下不同叶片弯曲形式对叶栅出口总压损失分布情况和主流速度的影响．结果表明，弯曲叶片对压气机叶栅出口流场有很大的影响，正弯曲叶栅可以降低叶栅的端壁损失，反弯曲叶栅加大了角区分离，恶化了两端区流动，总损失高于直叶栅．