Обогащение урана - Беккер Е.
Скачать (прямая ссылка):
Рис. 4.10. Радиальный профиль плотно- Рис. 4.11. Изменение циркуляци-сти осевого потока при тепловом воз- онного потока вдоль оси:
буждении крышками / — возбуждение отборником; 2 —
тепловое возбуждение стенками; 3 — тепловое возбуждение верхней крышкой
пределения приблизительно одинакова для всех положений вдоль оси; это означает, что плотность тока для этого типа возбуждения может быть представлена в виде
P^z ~ f w (Q Sw(Z/Zh),
где fw(l) — функция радиальной формы; gw(Z/ZH) — осевое затухание амплитуды, a /W — постоянная. На рис. 4.10 показан профиль осевой плотности тока для различных положений вдоль оси в случае теплового возбуждения крышками ротора. Граничные условия для температуры, ответственные за этот тип противотока, изображены на рис. 4.3, а, а расчеты в представленном варианте выполнены для АТ в=0. Число Россби для этого случая: а = = АТ/Т о.
Три предыдущих рисунка ясно указывают на сильную зависимость поля аксиальной плотности тока не только от радиальной координаты, но и от аксиальной. Эта зависимость имеет важные следствия в анализе разделения, одно из которых заключается в том, что циркуляционный поток
а
2Z,= | pVz (2тir dr
о
204
в общем случае не постоянен вдоль центрифуги, а зависит от аксиальной координаты. На рис. 4.11 представлено изменение циркуляционного потока L в зависимости от осевой координаты Z/ZH viя трех рассмотренных типов возбуждения. Чтобы совместить масштабы, расчеты для теплового возбуждения стенками выполнены с числом Россби, равным 1%, а для возбуждения крышкой__4%. В случае теплового возбуждения стенками циркуляци-
онный поток L возрастает от нижней крышки до срединной плоскости, где он максимален, и симметрично уменьшается к верхней крышке центрифуги. Возбуждение отборником создает циркуляционный поток L, максимальный вблизи диска и монотонно уменьшающийся с увеличением расстояния от него. Сходное явление наблюдается при термическом возбуждении от верхней крышки: максимум циркуляционного потока располагается вблизи этой крышки.
В некоторых вариантах центрифуги Циппе отборник обедненной фракции, возбуждающий циркуляционное течение, заключен в узкую камеру, ограниченную с одной стороны крышкой, а с другой— диафрагмой с двумя кольцевыми рядами отверстий, один из которых расположен на периферии, а другой — ближе к центру. Поле противоточного течения в такой центрифуге исследовал Лопез [4.11] по своей вычислительной программе. Две диаграммы с результатами из его работы представлены на рис. 4.12 и 4.13. Исследуемая центрифуга имела следующие характеристики:
Высота, см........................................ 62
Радиус, см........................................ 7,5
Окружная скорость, м-с—1..........................400
Давление на стенке, мм рт. ст................. 30
Циркуляция возбуждается диском, расположенным на верхнем конце, имеющим тот же радиус, что и ротор, и вращающимся с меньшей скоростью, чем центрифуга. Диск заключен в камеру высотой 2 см. Размеры отверстий в перегородке (см):
Периферийное отверстие:
внешний радиус............................7,355
внутренний радиус ........................ 7,235
Центральное круговое отверстие:
радиус....................................2,5
На рис. 4.12 показаны линии тока для течения в камере и в центрифуге вблизи периферийного отверстия. Газ вблизи периферии проталкивается из центрифуги в камеру, поднимается к вращающемуся диску, поворачивает вдоль диска и спускается по направлению к отверстию; затем проходит в центрифугу через то же самое периферийное отверстие, откуда спускается к нижней крышке ротора, чтобы впоследствии вновь подняться к камере вдоль стенки ротора. Здесь следует отметить важный результат: газ движется по петле через отверстие вблизи периферии. Более того, это движение газа благодаря трению создает в центрифуге —
205
с двух сторон от петли — два циркуляционных потока, направленных по часовой стрелке.
На рис. 4.13 изображено течение через центральное отверстие. Массовый поток через это отверстие очень мал по сравнению с массовым потоком через периферийное отверстие. Линии тока по-
Рис. 4.12. Линии тока для течения в камере и в центрифуге с диафрагмой вблизи периферийного отверстия 14.11]
Рис. 4.13. Линии тока для газа, поступающего через центральное отверстие внутрь центрифуги с диафрагмой
казывают непрерывное смещение газа по направлению к стенке вдоль всего пути к нижней крышке. Однако только часть потока из отверстия достигает нижней крышки, где она движется радиально к боковой стенке, течет вверх вдоль нее до диафрагмы и возвращается в камеру. Другая часть газа следует по более сложному пути: в радиальном перемещении, только что рассмотренном, она встречает зону циркуляционного течения, индуцированного движением газа вблизи периферийного отверстия и изображенного на рис. 4.12, и возвращается к камере, вдоль которой течет,
206
пока не достигнет периферийного отверстия. Здесь она подвергается еще одной инверсии осевого градиента давления, снова спускается к нижней крышке, где соединяется с проходящим потоком, описанным ранее, и далее движется вместе с ним.
