脉冲萃取柱是一种重要的化工设备,已经广泛应用于核燃料后处理厂中,关于其水力学性能及传质性能,已经进行了大量研究,但是其设计与放大一直是一个难题。研究单相流流场特性及两相流局部水力学性能(分散相存留分数、分散相液滴直径大小及分布、分散相液滴速度)对于脉冲萃取柱的设计与放大至关重要。因此,本文通过计算流体力学(CFD)软件Fluent14.5及三光纤探针技术对脉冲萃取柱单相流流场及两相流水力学性能进行了实验与模拟研究,主要包括以下三部分内容。第一部分:首先通过软件Fluent14.5对单相流流场特性进行了模拟研究,选取脉冲折流板萃取柱作为研究对象,通过CFD前处理软件Gambit2.4.6进行二维、三维建模,模拟分析了脉冲操作参数(振幅及频率)、萃取柱几何结构(板间距、柱径)对单相流速度场及湍动能场的影响,并将二维、三维模拟结果与文献实验数据进行了对比。第二部分:通过软件Fluent14.5对两相流存留分数及液滴直径进行了模拟研究,选取脉冲折流板萃取柱作为研究对象,连续相为33.5%TBP(tributyl phosphate)/HTP(hydrogen tetrapylene),分散相为1.95mol/L的硝酸水溶液,模拟分析了脉冲操作参数(振幅及频率)、萃取柱几何结构(板间距、柱径)对两相流存留分数、液滴直径大小及分布的影响,并将二维、三维模拟结果与文献实验数据进行了对比。第三部分:通过三光纤探针技术和软件Fluent14.5对两相流液滴速度进行了实验及模拟研究,以内径为38 mm的标准脉冲筛板萃取柱作为研究对象,两相逆流操作,以煤油和水作为两相流体系,其中水为连续相,煤油为分散相,实验测定了各操作参数(脉冲振幅、频率及两相表观流速)对液滴速度的影响,并通过软件Gambit2.4.6进行了二维全柱建模,运用软件Fluent14.5对各实验结果进行了模拟验证。研究结果表明,在脉冲折流板萃取柱中,脉冲操作参数及板间距对单相流流场特性影响较大,而柱径对单相流流场特性影响较小;分散相存留分数随着脉冲振幅增大略微增大,随脉冲频率增大明显增大,随板间距的减小而增大,随柱径的增大变化不明显;分散相液滴直径随脉冲操作参数增大而减小,且在脉冲速度较小时,随脉冲速度增大液滴直径减小地更快,另外,板间距增大液滴直径增大,柱径增大液滴直径增大。在脉冲筛板萃取柱中,三光纤测速实验结果表明,液滴速度随脉冲速度的增大而减小,连续相表观流速对液滴速度的影响不是很明显,液滴速度随分散相表观流速的增大而减小,模拟结果也验证了上述实验结果,两者平均偏差为24.2%,但还发现随着柱高的增加分散相速度不断增加。