利用MEMS惯性冲击器进行安全壳内气溶胶过滤的机理研究

来源 :华北电力大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:baobeicucu
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核电站内部大气环境中的天然放射性气溶胶通常情况下浓度很低且处于平衡状态,但当出现严重核事故时,安全壳内的气溶胶含量将显著升高,一旦释放于大气环境中将带来严重后果,增大事故的危险性,故需使用相应的过滤吸附装置避免此种放射性气溶胶向大气中扩散。目前世界范围内常用的气溶胶过滤器多为网状结构或使用一定的过滤介质,在使用一定时间后会气溶胶的沉积显著增加流动阻力,因此妨碍核事故后容器内的压力释放。此外,不但在高放射性条件下更换过滤介质是一个技术难题,而且使用过的过滤介质又会成为新的放射性固体或液体,造成新的污染。本文基于微流体惯性冲击器(MEMS惯性冲击器)原理设计、研究了一个新型过滤装置,不需更换滤纸就可以收集微米尺寸的颗粒,同时不会产生新的放射性固态或液态废物。微机电系统(MEMS)是微型设备技术,微型器件有很多潜在好处,例如性能高、功耗低、反应灵敏、成本低等。该装置工作原理简单、体积微小,可以在不影响事故情况下安全壳降压速度的前提下实现对气溶胶的收集。在过去的二十年中,MEMS技术有过很大的进步,但目前还没有基于MEMS技术的惯性冲击器,更没有将其应用于核电站气溶胶收集的先例。本研究的MEMS冲击器着眼于实现1至3个微米范围内气溶胶的过滤收集,无论在设计理念上还是技术上都是一次新的尝试。本研究根据核电厂事故情况下的实际环境设计微流体惯性冲击器,使用CFD(计算流体动力学)软件得出惯性冲击器内的空气流场,应用DPM模型(离散相计算模型)计算气溶胶颗粒物在此流场内的轨迹,从而确定颗粒是否被采集,同时,经过多次模拟试验找出影响收集效率的参数,确定适用于气溶胶过滤的惯性冲击器尺寸,并对设计出的冲击器进行模拟试验,获得其收集效率,对其可行性进行验证。此外,考虑到工程实际应用情况,本文还对底面为不同形状的MEMS惯性冲击器的收集效率进行分析和对比,考察底面形状对收集效率的影响,综合探讨适用于核电站内气溶胶过滤的冲击器类型。
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