脈沖萃取柱水力學(xué)性能的實(shí)驗(yàn)與模擬研究.pdf

1、脈沖萃取柱是一種重要的化工設(shè)備，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于核燃料后處理廠中，關(guān)于其水力學(xué)性能及傳質(zhì)性能，已經(jīng)進(jìn)行了大量研究，但是其設(shè)計(jì)與放大一直是一個(gè)難題。研究單相流流場(chǎng)特性及兩相流局部水力學(xué)性能（分散相存留分?jǐn)?shù)、分散相液滴直徑大小及分布、分散相液滴速度）對(duì)于脈沖萃取柱的設(shè)計(jì)與放大至關(guān)重要。因此，本文通過(guò)計(jì)算流體力學(xué)(CFD)軟件Fluent14.5及三光纖探針技術(shù)對(duì)脈沖萃取柱單相流流場(chǎng)及兩相流水力學(xué)性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)與模擬研究，主要包括以下三部分內(nèi)容

2、。
　　第一部分：首先通過(guò)軟件Fluent14.5對(duì)單相流流場(chǎng)特性進(jìn)行了模擬研究，選取脈沖折流板萃取柱作為研究對(duì)象，通過(guò)CFD前處理軟件Gambit2.4.6進(jìn)行二維、三維建模，模擬分析了脈沖操作參數(shù)（振幅及頻率）、萃取柱幾何結(jié)構(gòu)（板間距、柱徑）對(duì)單相流速度場(chǎng)及湍動(dòng)能場(chǎng)的影響，并將二維、三維模擬結(jié)果與文獻(xiàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比。
　　第二部分：通過(guò)軟件Fluent14.5對(duì)兩相流存留分?jǐn)?shù)及液滴直徑進(jìn)行了模擬研究，選取脈沖折流板萃

3、取柱作為研究對(duì)象，連續(xù)相為33.5％TBP(tributyl phosphate)/HTP(hydrogen tetrapylene),分散相為1.95mol/L的硝酸水溶液，模擬分析了脈沖操作參數(shù)（振幅及頻率）、萃取柱幾何結(jié)構(gòu)（板間距、柱徑）對(duì)兩相流存留分?jǐn)?shù)、液滴直徑大小及分布的影響，并將二維、三維模擬結(jié)果與文獻(xiàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比。
　　第三部分：通過(guò)三光纖探針技術(shù)和軟件Fluent14.5對(duì)兩相流液滴速度進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)及模擬研究，

4、以內(nèi)徑為38 mm的標(biāo)準(zhǔn)脈沖篩板萃取柱作為研究對(duì)象，兩相逆流操作，以煤油和水作為兩相流體系，其中水為連續(xù)相，煤油為分散相，實(shí)驗(yàn)測(cè)定了各操作參數(shù)（脈沖振幅、頻率及兩相表觀流速）對(duì)液滴速度的影響，并通過(guò)軟件 Gambit2.4.6進(jìn)行了二維全柱建模，運(yùn)用軟件Fluent14.5對(duì)各實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了模擬驗(yàn)證。
　　研究結(jié)果表明，在脈沖折流板萃取柱中，脈沖操作參數(shù)及板間距對(duì)單相流流場(chǎng)特性影響較大，而柱徑對(duì)單相流流場(chǎng)特性影響較??；分散相存留分

5、數(shù)隨著脈沖振幅增大略微增大，隨脈沖頻率增大明顯增大，隨板間距的減小而增大，隨柱徑的增大變化不明顯；分散相液滴直徑隨脈沖操作參數(shù)增大而減小，且在脈沖速度較小時(shí)，隨脈沖速度增大液滴直徑減小地更快，另外，板間距增大液滴直徑增大，柱徑增大液滴直徑增大。在脈沖篩板萃取柱中，三光纖測(cè)速實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，液滴速度隨脈沖速度的增大而減小，連續(xù)相表觀流速對(duì)液滴速度的影響不是很明顯，液滴速度隨分散相表觀流速的增大而減小，模擬結(jié)果也驗(yàn)證了上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，兩者平均偏