论文部分内容阅读
脉冲筛板萃取柱自被引入到普雷克斯流程以来,在核燃料后处理领域得到了广泛的应用。存留分数作为脉冲筛板萃取柱设计的重要基础数据之一,得到了广泛的研究。随着其它学科日益发展,脉冲筛板萃取柱水力学研究方法和理论也得到不断创新。其中CFD能很好的克服理论分析和实验研究的弱点而被用于各种化工设备。为了加深对脉冲筛板萃取柱水力学方面CFD研究,本研究通过实验及CFD对脉冲筛板萃取柱中存留分数进行了研究。实验在内径为38mm的脉冲萃取筛板柱中进行,以30%磷酸三丁酯/煤油为连续相,水为分散相,利用体积置换法测定了流比为14时分散相的存留分数,研究了脉冲强度、两相表观流速、流比对脉冲筛板萃取柱中分散相存留分数的影响。根据分散相存留分数受操作参数的影响分析,拟合实验测得数据得到了适合本实验范围内的两个关联式φ=4.0639(Af)0.4435(ud+uc)0.2145ud0.2601uc0.0539或φ=3.9483(Af)0.4436(ud+uc)0.3634ud0.1625。得到的两个关联式都能较好地对实验范围内分散相存留分数进行预测,相对误差在10%内。借助CFD下的fluent软件建立了脉冲筛板萃取柱的简化模型,采用标准k-ε湍流模型和欧拉多相流模型,对脉冲筛板萃取柱中流体的水力学性能进行了二维及三维数值模拟。结果表明:二维模拟结果值较实验值都偏小,相对误差为15%,三维模拟结果与实验结果吻合性较二维好,相对误差为10%;分析模拟得到的平均存留分数与操作参数之间的关系可以得到与实验结论相吻合的结果,即脉冲筛板萃取柱中平均存留分数随分散相表观流速、两相总表观流速及脉冲强度的增大而增大,而受两相表观流速及流比的影响小;根据构建二维模型、三维模型时采用不同的简化手段,二维模型能较好地给出分散相存留分数随柱高的变化情况,三维模型能较全面地得到脉冲筛板萃取柱中流场的信息。