四光纤探针对脉冲筛板萃取柱水力学性能的研究

摘要

乏燃料后处理是核燃料循环中重要的组成部分，脉冲萃取柱是湿法后处理技术普雷克斯流程(PUREX,PlutoniumUranium Recovery byExtraction)中重要的溶剂萃取设备之一。研究其水力学性能可以进一步掌握脉冲萃取柱内流体的运动规律，对脉冲萃取柱的放大设计具有重要的意义。本文利用四光纤探针技术对脉冲筛板萃取柱水力学性能进行了系统研究，并探讨了脉冲强度Af和两相表观流速(即连续相表观流速uc和分散相表观流速ud)等操作参数对脉冲筛板萃取柱水力学性能的影响规律。
　　本文利用液-液两相流中的两相料液对光折射率的不同，在 Lucas等人的气-液两相流模型的基础上，得到了可用于测量液-液两相流中分散相液滴真实速度的四光纤探针算法，并编写了相应的光纤信号处理程序，开发了一套完整的四光纤探针技术。通过该四光纤探针技术还可以得到液滴直径和脉冲萃取柱局部存留分数信息等相关信息。
　　本文实验内容分为两个部分。第一部分以煤油作为分散相，去离子水作为连续相，利用四光纤探针技术对乳化区的脉冲筛板萃取柱水力学性能进行了测量，分别研究了Af、uc和ud等操作参数对脉冲筛板萃取柱水力学性能的影响规律。研究结果表明，在稳态运行下的脉冲萃取柱中，分散相液滴不是单纯的竖直向上运动，而是以一定角度向上运动，偏离竖直方向的角度分布在0°到60°之间，主要分布于20°到40°之间。脉冲强度是影响液滴速度的主要因素，分散相液滴的平均速度随着Af的增加而逐渐减小，随着uc的增加而缓慢减小，ud对平均速度的影响不明显。Af的增加使液滴平均索特直径d32减小，ud的增加会使d32增大，而uc的增加对d32的影响不明显。局部存留分数和平均存留分数的变化一致，都随着脉冲强度和两相表观流速的增加而增加。
　　第二部分实验以40％正辛醇(煤油)为分散相，去离子水为连续相。实验结果表明：该体系下分散相液滴偏离竖直方向的角度分布在0°到70°之间，主要分布于30°到60°之间；同时该体系下脉冲萃取柱内的水力学性能参数变化趋势与煤油-水体系中的变化趋势基本一致。Af增加时，液滴平均速度和 d32下降，存留分数增加。ud的增加使液滴索特直径和存留分数增加，对平均速度的影响不明显。uc的增加使液滴的平均速度逐渐减小，使存留分数增加，对液滴直径的影响不明显。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 概述

1.2 脉冲萃取柱

1.3 国内外研究现状

1.4 本文研究主要内容

第2章 实验装置与材料

2.1 脉冲筛板萃取柱

2.2 四光纤探针检测系统

2.3 实验内容与实验步骤

2.4 本章小结

第3章 四光纤探针测量方法与数据处理

3.1 光纤探针技术的基本原理

3.2 四光纤探针的制备

3.3 四光纤探针技术对脉冲筛板萃取柱水力学性能的测量算法

3.4 光纤信号的数据处理

3.5 本章小结

第4章 煤油-水体系实验结果与讨论

4.1 脉冲强度对水力学性能的影响

4.2 分散相表观流速对水力学性能的影响

4.3 连续相表观流速对水力学性能的影响

4. 4 实验结果对比分析

4.5 本章小结

第5章 40%正辛醇(煤油)-水体系实验结果与讨论

5.1 脉冲强度对水力学性能的影响

5.2. 分散相表观流速对水力学性能的影响

5.3 连续相表观流速对水力学性能的影响

5.4 两种体系的数据对比

5.5 本章小结

结论

符号说明

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