参数可调离心级联的静态特征根及扰动传播分析

离心级联水力学特征根表征了级联的重要特性。本文借鉴扩散级联水力学中使用的方法,对参数可调离心级联进行研究,求解各级流体参数完全相同情况下的扰动方程,得到了离心级联各级流体参数完全相同时水力学的静态特征根。由于离心机轻馏分流量与轻馏分出口处压强无关,重馏分处于音速流状态,离心级联只有2个静态特征根,Z1是级联的主静态特征根,Z2是由供取料引起的。供料管道阻力系数、调节装置放大倍数等因素均会影响主静态特征根Z1的数值。Z1小于1时,供料管道阻力系数增大,Z1增大,调节装置放大倍数增大到一定程度后,对Z1的影响已很小。最后,利用解析求解和数值计算两种方法计算了级联出现扰动后的状态参数分布。     

级联水力学动态仿真模型研究及应用

级联的流体状态是影响级联分离效果和运行安全的重要因素。为开展级联动态水力学研究，针对层架型级联系统，利用各模块仿真模型搭建了级联动态仿真系统并对部分动态过程进行了模拟，通过与实际运行数据对比分析，确定了主机轻馏分流量方程及压强调节器动态调节方程的具体形式。计算结果表明，利用研究得到的系统仿真模型进行仿真模拟，所得到的系统参数变化与实际运行数据符合较好，模拟结果合理可信，所得仿真模型可用于其他级联系统的仿真研究，由此得到的级联各设计参数可作为实际级联调整和设计的参考依据。同时，利用研究所得的系统仿真模型，针对级联系统中可能存在的故障情况进行了模拟验证，仿真结果与实际运行数据符合良好，从而以仿真模拟的手段验证了系统中存在的问题。     

压强偏移法求解离心级联水力学静态特征根

求解离心级联水力学静态特征根是同位素离心分离领域的一个重要研究课题。本工作将扩散级联水力学中使用的方法应用到离心级联水力学中，利用压强偏移方程，通过求解完全方程组，得到了离心级联水力学完整的4个静态特征根。与扩散水力学对比可看出，两者极为相似，即在有供取料时，均有4个特征根，Z₂为主特征根，而Z₄=1均为由供取料引起的根。最后，在无供取料情况下，对压强偏移和流量偏移两种求解方法进行比较，结果表明，两者能得到相同的静态特征根。     

装机量圆整对刚性级联流体性能影响初步理论分析

建立刚性级联在投资回报率、稳定运行等方面具有一定优势。刚性级联更接近理想级联形式,理想级联对各级的供料流量有着严格的要求,因此在组成级联的单个分离设备供料流量一致的情况下,就对级联各级的装机量有严格的要求。而实际生产级联中无法完全满足理想级联对装机量的要求,装机量往往需要圆整,因此研究装机量圆整对级联性能的影响具有实际意义。本文提出一个圆整参数,并通过对级联流体性能分析得出:任一个级联只要给出运行边界条件,就能获得在保证级联安全运行前提下所允许的圆整范围。本文还确定一种能使实际级联性能更接近理想级联的装机量圆整方法。     

带附加供料离心净化级联的优化

通过向离心级联附供载荷气体实现微量杂质的净化时,为充分发挥级联性能,提升级联经济性,需对带附加供料离心净化级联进行优化。本文根据现有离心机模型和相关单机实验结果,以级联总离心机数最少为优化目标,以级联长度、各级离心机数和重馏分压强及载荷气体供料量为优化变量,利用二进制编码遗传算法完成了离心净化级联的优化计算,并通过回收铀浓缩产品中~(99) Tc的去除和高纯WF_6制备中杂质的净化两个算例的计算验证了优化算法的适用性。计算结果表明,遗传算法可有效地求解离心净化级联的优化问题,具有较好的适用性。     

刚性级联物理性能初步理论研究

本文建立了刚性级联模型,该模型采用双管道结构,各级贫料安装管塞。刚性级联可调节的参数很少,影响级联的因素主要包括管塞孔径和级联的供料流量的变化,因此本文主要针对这两种因素进行了比较分析。研究结果表明:随级联供料流量的增加,级联各级的供料流量也逐渐增加,级联产品丰度逐渐减小,对贫化段的影响较显著;浓化段孔径加工精度对级联的影响小于贫化段,越往精料端影响越小;加工的孔径尺寸偏离设计值时,可选择小尺寸的孔径。     

带附加供料流的准理想级联的优化

某些同位素分离任务(比如回收铀的浓缩、轻杂质的净化等)需要借助带附加供料流的级联来完成。这类级联的设计目标之一是针对已知的目标组分的精料和贫料丰度,确定级联的结构参数,即确定级联总级数、主供料级以及附加供料级位置。为对该类级联进行理论设计,建立了准理想级联的数学优化模型。优化问题的目标函数为级联中总的物质流量,通过罚函数法把约束条件下的多变量优化问题转化为无约束优化问题,并用单纯形法对后者进行求解。利用该优化方法对浓缩回收铀的级联进行了计算。     

离心法生产131Xe同位素技术研究

为利用离心分离方法将¹³¹Xe同位素丰度浓缩到90%以上，本研究采用多组分矩形级联算法进行级联计算，分析中间组分的分离特性，研究级联长度、供料位置、级联分流比等参数对分离效果的影响。对分离¹³¹Xe同位素的矩形级联分离方案进行优化，制定生产丰度为90%以上的¹³¹Xe运行方案，通过解决¹³¹Xe同位素分离过程中的级联工况调整与稳定、中间组分浓缩等关键技术，最终经8遍分离获得丰度为93.786%的公斤级¹³¹Xe产品，证明级联生产高丰度¹³¹Xe产品的可行性。     

用于多组分分离的中间取料矩形级联的优化设计

多组分同位素混合物的某一中间组分通常在分离级联的中间某级达到峰值,但一般的级联均采用从级联组两端取出产品和废料的工艺。为得到丰度较高的中间组分产品,最好在级联中间取料。本工作研究矩形级联中使用中间取料方式以提高级联分离的中间组分丰度。通过数值模拟计算和数值优化,研究了级联两端取料量和级联供取料位置等参数对中间取料中目标组分丰度的影响。采用单参数分析,估计了级联各参数的取值范围以及它们对目标组分丰度的影响。通过优化计算,在供料丰度和流量不变、产品流量不变的情况下,得到了可以生产更高丰度中间组分产品的级联。     

离心法生产~(131)Xe同位素技术研究

为利用离心分离方法将~(131) Xe同位素丰度浓缩到90%以上,本研究采用多组分矩形级联算法进行级联计算,分析中间组分的分离特性,研究级联长度、供料位置、级联分流比等参数对分离效果的影响。对分离~(131) Xe同位素的矩形级联分离方案进行优化,制定生产丰度为90%以上的~(131) Xe运行方案,通过解决~(131) Xe同位素分离过程中的级联工况调整与稳定、中间组分浓缩等关键技术,最终经8遍分离获得丰度为93.786%的公斤级~(131) Xe产品,证明级联生产高丰度~(131) Xe产品的可行性。     

刚性离心级联水力学特性分析

为了解刚性级联的水力学性能,本文求解了重馏分管道安装声速孔板的刚性级联的扰动方程,得到了刚性级联的静态特征根。刚性级联仅2个静态特征根Z₁和Z₂,Z₁等于1,Z₂为级联的主静态特征根,用于判断级联的静态稳定性。离心机工作在额定工况附近时,刚性级联主静态特征根大于1。某级出现损机后,级联的流体参数发生变化,导致级联分离功率下降。利用绝对变化量进行求解,可得到流量变化量的解析解,解析解与数值解存在一定差异,但具有相同的变化趋势,可利用解析解预测级联受到扰动后的流体状态参数变化趋势。由于扰动向贫料方向传播,虽然主静态特征根大于1,级联仍能保持稳定。     

级联中部设置净化级的可行性研究

级联分离同位素的过程中,不可避免的存在轻杂质,需要在级联的中间设置净化级。如果工质中轻杂质含量较多,运行级联较长时,轻杂质的存在会影响级联的正常运行。为探索在级联中部设置净化级的可行性,采用非定常态法计算求解级联分离方程组,研究净化级的位置、净化比和级联分流比对产品中轻杂质和目标组分丰度的影响。结果表明,在级联中部设置净化级,通过选取合适的级联参数,可以提高目标组分丰度,同时去除轻杂质,实现分离和净化。     

离心分离设备出料口堵塞对级联的影响研究

贫化64 Zn可有效降低核电站一回路中放射性强度.目前离心分离是制备贫化64 Zn的重要方法.在离心分离锌的过程中,级联易出现单机堵塞情况,进而影响级联稳定运行和产品丰度.针对实际级联运行过程出现的分离设备取料口堵塞变单股流的情况,建立不同流量、不同基本全分离系数的级联数学模型,基于推导的计算方程,模拟不同级出现不同数...     

Flow Induced Vibrations in Gas Tube Assembly of Centrifuge

A centrifuge essentially consists of a rotor rotating at very high speed. Gas tube assembly, located at the center of the rotor, is used to introduce feed gas into the rotor and remove product and waste streams from it. The gas tube assembly is thus a static component, the product and waste scoops of which are lying in the high pressure region of a fluid rotating at very high speed. This can cause flow induced vibrations in the gas tube assembly. Such vibrations affect not only the mechanical stability of the gas tube assembly but may also reduce the separative power of the centrifuge. In a cascade, if some of the centrifuges have gas tube vibration, then cascade performance will be affected.

A theoretical analysis of the effect of waste tube vibrations on product and waste flow rates and pressures in the centrifuge is presented. A simple stage consisting of two centrifuges, in which one has tube vibration, is considered for this purpose. The results are compared with experiment. It is shown that waste tube vibration generates oscillations in waste and product flow rates that are observable outside the centrifuge.     

单机运行工况对多组分同位素分离级联结构参数的影响

大分离系数情况下的多组分同位素级联的设计和优化可以准理想级联为模型。已知目标组分的精料、贫料丰度及基本参量，可确定准理想级联的结构。除级联本身的参数外，组成级联的单机运行工况也是影响级联分离性能的重要因素。通过利用基本全分离系数作为中间量，理论推导了在分离多组分同位素时，单机运行工况对级联结构及分离性能的影响。同时针对Xe中间组分的分离，采用单纯形法对其优化，研究了单机运行工况对最佳级联的结构参数及最小装机量的影响，进而确定了级联分离Xe中间组分的最佳单机运行工况。     

以七氟丙烷为介质离心分离碳同位素

以七氟丙烷（C₃HF₇）为分离介质，通过气体离心法研究碳同位素的分离制备。利用国产气体离心机开展单机离心分离实验，通过气体质谱仪分析C₃HF₇样品，计算不同工况条件下的分离系数和单机分离功率，分离系数可达1.12。在单机实验结果的基础上，采用相对丰度匹配级联（MARC）模型，对富集¹³C的生产进行级联计算。选取分离功率最大的实验工况作为计算参数，通过三次级数分别为30、60、75的级联分离，可以将¹³C的丰度从天然丰度富集至30%以上。综合考虑单机实验和级联计算的结果，以C₃HF₇为介质离心分离碳同位素可行。