液態(tài)鉛鋰合金冷阱過濾芯捕集效率數(shù)值計算與初步實驗研究.pdf

1、液態(tài)鉛鋰合金純化技術(shù)是聚變堆鉛鋰合金包層關(guān)鍵技術(shù)之一，冷阱作為國際上液態(tài)金屬回路的常用純化實驗裝置，其根據(jù)液態(tài)金屬中雜質(zhì)溶解度隨溫度下降而減小的原理，使雜質(zhì)結(jié)晶成核、沉淀析出進而分離，以純化液態(tài)金屬，避免雜質(zhì)長期在管道中堆積堵塞回路，影響回路中鉛鋰合金成分和回路裝置的換熱效果，并提高設(shè)備的使用壽命。從冷阱的結(jié)構(gòu)分析，冷阱主要可分為降溫冷卻部分和雜質(zhì)結(jié)晶析出兩部分，因此研究冷阱過濾芯對雜質(zhì)的捕集效率問題對冷阱的設(shè)計至關(guān)重要。由于在線測量手

2、段受限，且在回路中測量冷阱過濾芯捕集效率需要較長的回路運行時間積累才能完成，使得在線測量冷阱的捕集效率較難實現(xiàn)，因此有必要通過其他方法確定絲網(wǎng)過濾芯對雜質(zhì)的捕集情況。
　　 本論文分別從數(shù)值計算和實驗研究兩方面研究液態(tài)金屬流速及過濾芯自身結(jié)構(gòu)對冷阱絲網(wǎng)過濾芯的捕集效率影響，利用計算流體力學(xué)軟件Fluent和FDS團隊自主研制的高溫鉛鋰合金旋轉(zhuǎn)實驗裝置(DRAGON-RT)分別開展了在250℃時，不同規(guī)格冷阱過濾芯在不同流速（0.

3、005～0.02m/s）下對鉛鋰合金中雜質(zhì)的捕集情況進行了研究。其中數(shù)值計算采用Fluent軟件中離散相模型(DPM)計算不同規(guī)格金屬絲網(wǎng)對不同液態(tài)金屬流速中稀疏相的捕集效率。實驗研究通過在DRAGON-RT裝置中布置不同規(guī)格絲網(wǎng)，并使其在不同轉(zhuǎn)速下捕集液態(tài)金屬中雜質(zhì)。數(shù)值計算和實驗結(jié)果表明：1）低鉛鋰合金流速時（0.005～0.02m/s），冷阱過濾芯對雜質(zhì)的捕集效率隨鉛鋰合金流速的增加而增大；2）冷阱過濾芯孔隙率較小時，對鉛鋰合金中