Обогащение урана - Беккер Е.
Скачать (прямая ссылка):
Однако в области центробежного разделения, даже если ограничиваться лишь рамками теории, остается еще много нерешенных вопросов: во-первых, анализ поля потока основан на модели механики сплошной среды. Для высокоскоростных центрифуг с окружной скоростью, превышающей 600 м/с, отношение давлений на периферии и на оси много больше чем 1010. Давление на периферии ограничено условиями конденсации UF6, поэтому давле-
15 Зак. 2067
225
ние на оси настолько мало, что газ там находится в режиме свободномолекулярного течения. При полном гидродинамическом анализе должна быть решена трудная задача, сочетающая динамику разреженного газа в ядре с механикой непрерывной среды на периферии. Во-вторых, все еще не ясно влияние некоторых нелинейных эффектов, таких как тепловая конвекция, если они становятся сильными. При расчетах по французской числовой программе была обнаружена сильная неустойчивость числовых результатов при значительном росте тепловой конвекции. В-третьих, не рассмотрена гидродинамическая неустойчивость противоточного течения и ее влияние на разделение. Сакураи [4.11] перечислил различные типы неустойчивостей, которые, по-видимому, могут иметь место в газовой центрифуге. Халтгрен [4.36] недавно исследовал устойчивость осесимметричного газового потока в центрифуге. Эта задача заслуживает внимания и требует дальнейшей разработки. В-четвертых, в уравнении диффузии не учитывается изменение угловой скорости газа, вызванное противотоком. Хотя это возмущение и мало в сравнении со скоростью квазитвердого вращения, оно может оказывать заметное влияние на разделительную мощность. В заключение отметим недостаток экспериментальных данных, касающихся потока внутри центрифуги. Даниэльсон и Ландгрин в работе [4.11] провели измерения профиля скоростей в центрифуге лазером, используя эффект Доплера. Однако их измерения были выполнены при очень низкой скорости вращения. При использовании этой техники основная трудность состоит в создании в газе соответствующих меток, поскольку при очень большом ускорении частицы, служащие метками, отбрасываются центробежным полем к стенке ротора.
Благодарности. Автор благодарит профессора Оландера (UCB, США) за глубокие замечания, творческие предложения и ценные советы. Автор признателен Лахаргу (CISI, Франция) и Билле (СЕА, Франция) за разработку программ для расчета гидродинамики и для оптимизации разделения центрифуг соответственно.
СПИСОК ОБОЗНАЧЕНИЙ
. а — радиус центрифуги
- . . .. . А—отношение окружной скорости центрифуги к средней
скорости молекул газа в соответствии с формулой (4.Ю)
А А — коэффициент при разделяющей составляющей радиального диффузионного потока (4.44)
Cv—теплоемкость при постоянном объеме Г , Ср—теплоемкость при постоянном давлении
” Л -. D — коэффициент диффузии в газе
. • V Е—разделительный коэффициент полезного действия
„ Er — функция радиального распределения, определяемая в
системе уравнений (4.14)
F—поток питания
226
h—число Бринкмана, определяемое в системе уравнений (4.14)
Н—отношение высоты центрифуги к диаметру К — высота единицы переноса для центрифуги, определенная по аналогии с дистилляционной колонной в соотношениях (4.62)
I — толщина стенки ротора
L ~ внутренний циркуляционный поток, определяемый в соотношениях (4.62)
La — внутренний циркуляционный поток, минимизирующий высоту единицы переноса т — безразмерный внутренний циркуляционный поток, m — LlLts М — молекулярная масса газа Mi, М2 — молекулярная масса легкого и тяжелого компонента в бинарной смеси AM—разность молекулярных масс компонентов в бинарной смеси Ма — число Маха на стенке ротора N—мольная доля (концентрация) легкого изотопа Nf — мольная доля (концентрация) легкого изотопа в потоке питания центрифуги NP — мольная доля (концентрация) легкого изотопа в потоке отбора
Nw — мольная доля (концентрация) легкого изотопа в по-____ токе отвала
N—мольная доля (концентрация) легкого изотопа, усредненная по радиусу No — мольная доля (концентрация) легкого изотопа в сечении питания центрифуги, усредненная по радиусу р—давление газа ри Рг—парциальные давления легкого и тяжелого компонентов в бинарной смеси Pw — давление газа на стенке
Реq-—давление газа в равновесном состоянии (квазитвер-дое вращение)
р—преобразованное возмущение давления газа вследствие противоточного течения, определяемое соотношениями (4.12)
Рс, Ре, Рз, Pi, PEi — возмущение давления газа вследствие противоточного течения, преобразованное соответственно для течения в ядре, слое Экмана, 1/3- и 1/4-слоях Стюартсона и для перехода слоя Экмана в 1/4-слой Стюартсона Рг — число Прандтля, определяемое в системе уравнений
(4.14)
q—коэффициент разделения центрифуги q = Np/Nw q0 — элементарный коэффициент разделения в центробежном поле по формуле (4.6) г—радиальная координата в центрифуге
15* 227
rD — радиус вращающегося диска, генерирующего механическое возмущение
— универсальная газовая постоянная Т — абсолютная температура газа Т0 — температура газа в объеме центрифуги Теч — температура газа в равновесном состоянии (при ква-зитвердом вращении); обычно полагают Teq = To Т — обусловленное противоточным течением преобразованное возмущение температуры газа, определяется соотношениями (4.12)
