严重事故条件下,安全壳过滤排放系统能够有效降低放射性物质泄露到环境中的风险。鼓泡式过滤器除具有热容量大、容尘量大、可靠性高等湿式过滤手段所固有的优点外,对甲基碘等难于去除的放射性气体具有较理想的过滤效率,现已在安全壳过滤排放系统得到应用。多孔孔板作为鼓泡式过滤器的核心部件,具有结构简单、易加工、不易堵塞等优点。本文利用可视化实验系统对多孔孔板特性开展实验研究,结合实验结果,建立了描述多孔孔板鼓泡过程的理论模型,为多孔孔板的结构设计提供理论依据。本文针对气泡聚合现象、气腔渗液现象和气泡脱离体积等直接影响鼓泡器曝气性能的鼓泡特性进行研究,重点分析了孔径、孔间距、孔板厚度、开孔数量、气腔体积及状态等鼓泡器结构参数和气体流量、液相温度、液相组分、孔板淹没深度等运行参数的影响。根据可视化实验结果,对孔板附近气泡聚合行为进行了分类。基于气泡聚合类型,制定了合理的气泡聚合效率统计方法。研究结果表明:气泡聚合效率随着气体流量增加和孔间距减小而明显增大;孔板开孔数量增加导致孔板附近扰动增强,聚合效率随之下降;液相中含有无机盐、乙醇和表面活性剂时,气泡聚合受到抑制;不同种类的添加剂对气泡聚合的抑制效果相差较大,具有挥发性的添加剂对气泡聚合抑制作用最大。以伽利略数、邦德数为特征量定义了气泡聚合时间,可以看出,聚合效率随聚合时间增加成对数规律下降。根据实验结果建立计算多孔孔板附近气泡聚合效率的关系式。气腔渗液过程持续时间较短,多数情况下不超过30分钟,即已达到满水状态。在此状态下,多孔鼓泡受到抑制,孔板曝气性能下降。气泡聚合现象对渗液速率产生明显影响,孔间距减小导致气泡聚合增大,进而导致渗液速率上升。当孔板淹没深度大于1cm时,淹没深度对渗液速率没有影响。气腔渗液速率随气体流量、开孔数量、孔板厚度等参数的变化是非单调的,随着三个参量中任意一个增加,渗液速率均先增大后减小。气泡脱离体积主要受气腔压力变化的影响,而气腔压力变化取决于气腔体积和气体流量的相对关系。当气腔压力状态为恒压区时,平均气泡脱离体积不随气体流量的变化而发生改变;当气腔压力状态处于过渡区时,平均气泡脱离体积随气体流量的增加而增大。恒压区和过渡区之间的转换气体流量随孔板开孔数量增加而增大。利用本文提出的气泡聚合效率计算关系式和描述多孔孔板鼓泡过程的理论模型对多孔孔板进行设计,可有效避免多孔孔板鼓泡过程中出现气泡聚合现象和气腔渗液现象并保证气腔压力变化处于恒压区。