Экономика ядерной энергетики: Основы технологии и экономики производства ядерного топлива. 3-е изд. - Синев Н.М.
Скачать (прямая ссылка):
Большое влияние на реальный коэффициент обогащения в центрифуге оказывают параметры и радиальный профиль циркуляционного потока L внутри ротора (рис. 8.11). Максимальное обогащение получается при некотором оптимальном потоке L. Отношение m фактического потока L к оптимальному Lo называется безразмерным параметром внутреннего расхода (т= =L/Lo). Реальная разделительная способность центрифуги пропорциональна m2/(\-\-m2) и, таким образом, при /га=3 равна 90%, а при пг=5 составляет 96% теоретически возможного значения.
При малых значениях L максимальное обогащение сильно ограничивается обратной диффузией в осевом направлении, а при очень больших циркуляционных потоках возникает значительное осевое перемешивание газа. За счет разности радиальных концентраций газов (которые при аксиальном движении газа несколько отличаются от равновесного градиента при отсутствии циркуляции) имеет место поперечная диффузия, направленная противоположно процессу разделения под влиянием центробежных сил. Более сильное
Рис. 8.10. Влияние относительной величины отбора и отвала на эффективность разделительного процесса в центрифуге
g І і і_і_I-1-1-1.
§; 0 0,1 0,1 0,3 0,k 0,5 0,6 0,7
Рис. 8.11. Профиль потока внутренней циркуляции при различных окружных скоростях (г2 — внутренний радиус ротора центрифуги; п — радиус і-й точки внутреннего объема ротора)
О 0,1 0,4 0,6 0,Jr1Zr2
§ Отношение отбора и отвала ^ к внутреннему
циркуляционному потоку
влияние на реальный коэффициент разделения оказывает питание, а также отбор для передачи в следующую ступень обогащенного газа. Первичный циркуляционный поток возмущается питательным газом, а также отборами по торцам ротора обогащенной и обедненной фракций. При увеличенном питании и отборах ослабляется каскадный эффект, снижается коэффициент разделения.
Перепад концентраций в центрифуге растет и достигает максимального значения при нулевом отборе продукта. Оптимальные значения питания и отборов могут быть рассчитаны лишь приближенно, поэтому их находят экспериментально.
Определяющее влияние на реальный коэффициент обогащения и на реальную разделительную способность единичной центрифуги оказывает периферическая окружная скорость ротора. Она является главным фактором изменений гидродинамических параметров центрифуги и радиального профиля осевого потока, движущегося во внутрироторном пространстве газа.
Разделительная мощность центрифуг. Формула для определения максимальной (теоретической) разделительной мощности центрифуги получена Дираком:
«с/
2RT
(8.28)
Здесь обозначения те же, что и в приведенных ранее формулах, а D1>2 — коэффициент диффузии газов с молекулярными массами Af1 и Af2; Z —длина ротора. Для UFfi при р?>1>2=2,35-Ю-4 г/(см-с) для работы при температуре 40 0C формула (8.28) может быть записана в упрощенном виде:
К 6[/макс^2,62-10-10 U4Z. (8.29)
В табл. 8.3 приведены значения 6(ЛіаКС при различных v и Т, вычисленные по формуле (8.28).
Однако действительная разделительная мощность центрифуги 6U существенно отличается от максимальной теоретической б?/макс. Их отношение ті определяет КПД центрифуги:
Г|=8?//.6с/макс. (8.30)
Таблица 8.3. Максимальная теоретическая разделительная мощность газовой центрифуги bUMavc, имеющей длину 1 м
Окружная скорость, » м/с
Разделительная мощность, ЕРР/год, при температуре
Скруж -ная скорость, м/с
Разделительная мощность, ЕРР/год, при температуре
273 К
293 К
313 К
333 К
353 К
273 К
293 К
313 К
333 к
353 К
300 350 400 450
2,44 4,52 7,70 12,3
2,27 4,20 7,16 11,5
2,12 3,92 6,69 10,7
1,98 3,67 6,27 10,0
1,86 3,46 5,90 9,44
500 550 600 650
18,8 27,5 39,0 53,7
17,5 25,6 36,3 49,9
16,3 23,9 33,9 46,7
15,3 22,4 31,7 43,7
14,4 21,1 29,8 41,1
"а,«
D 100 ZOO 300 ш v, м/с
Рис. 8.12. Зависимость КПД центрифуги от окружной скорости V
1"
I
1
!
15 13 11
9
7
5 3 1 300
/
/
6Ь
гмакс.
SV _
WO
Рис. 8.13. Зависимость разделительной работы центрифуги от окружной скорости V при оптимальной внутренней циркуляции газа
Специфика течения газа в центрифуге такова, что на периферии ротора имеет место вязкое течение (циркуляция), а скорость газа значительно превосходит скорость звука, вблизи оси вращения движение газа носит свободномолекулярный характер, особенно при высоких окружных скоростях. В реальной центрифуге неизбежны также температурные неоднородности. Все это усложняет возможность точной расчетно-теоретической оценки разделительной мощности центрифуги. Некоторые специалисты считают, что до окружной скорости 500 м/с разделительная мощность фактически растет пропорционально не четвертой, а только третьей степени скорости, а при дальнейшем возрастании скорости — пропорционально второй степени.
