400×1500片材離心成型機(jī)設(shè)計(jì)

400×1500片材離心成型機(jī)設(shè)計(jì),400×,1500片材離心成型機(jī)設(shè)計(jì),離心,成型,設(shè)計(jì) 沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 附錄 物理參數(shù)對(duì)氣體離心機(jī)分離效率的影響 應(yīng)純同 張存鎮(zhèn) 傅瑞峰 魏錦華 清華大學(xué)工程物理系 北京100084 摘要： 提高氣體離心機(jī)的分離效率是鈾同位素分離的主要目標(biāo)之一。鈾同位素的分離對(duì)離心機(jī)的效率的提高可以提供很大的幫助。氣體離心機(jī)的分離效率受許多參數(shù)影響。一些物理參數(shù)，例如在離心機(jī)氣缸筒壁上的超濾壓力、垃圾鏟的位置、離心機(jī)氣缸筒壁上的溫度分布、進(jìn)入氣體離心機(jī)的物料的方向等都被選定為變量來(lái)優(yōu)化氣體離心機(jī)的分離效率。優(yōu)化是基于分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行的。局部分離效率的分布對(duì)于描述氣體離心機(jī)的分離現(xiàn)象是一個(gè)很好的方法。 關(guān)鍵詞：局部分離效率；氣體離心機(jī)；優(yōu)化。 引言： 目前迫切需要提高氣體離心機(jī)對(duì)于鈾同位素分離的分離效率。分析氣體離心機(jī)局部分離效率分布是解釋分離性的功率密度的損失的有效方法，并且能確定提高分離效率的方向。這篇文章給出了一些例子說(shuō)明局部分離效率等高線(xiàn)圖。這些等高線(xiàn)圖可以解釋分離現(xiàn)象。 一些物理參數(shù)，例如在離心機(jī)氣缸筒壁上的超濾壓力，垃圾鏟的位置，離心機(jī)氣缸筒壁上的溫度分布，和進(jìn)入氣體離心機(jī)的物料的方向都被研究過(guò)了。離心機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)基于這些參數(shù)進(jìn)行解析和實(shí)驗(yàn)研究。增加的氣體離心分離效率是非常重要的，能夠提供很大的好處。 1. 氣體離心機(jī)的局部分離效率 假設(shè)有一個(gè)氣體離心機(jī)它以一個(gè)非常高的轉(zhuǎn)數(shù)繞著垂直軸旋轉(zhuǎn)。應(yīng)用圓柱坐標(biāo)（r,z）。 氣體離心機(jī)分離能力的概念是K.Cohen引進(jìn)的。在圓柱坐標(biāo)（r,z）上離心功率表示為 （1） 在這里C是理想同位素含量，在鈾同位素分離的情況下，它代表的濃度。J是的擴(kuò)散通量向量。根據(jù)動(dòng)力學(xué)理論 (2) 這里是混合密度，D是自擴(kuò)散系數(shù)，M是混合物的分子質(zhì)量，△m是兩個(gè)同位素質(zhì)量差，P是壓力。當(dāng)忽視熱擴(kuò)散時(shí)方程（2）是正確的。 存在一個(gè)分離性的功率密度最大值 29 (3) 這里是角速度，R是氣體常數(shù)。T是溫度。 氣體離心機(jī)的局部分離效率是應(yīng)純同確立的： (4) 這里在圓柱坐標(biāo)中是實(shí)際分離性的功率密度根據(jù)這個(gè)公式可以得到下面的表達(dá)式 (5) 其中是流函數(shù)，是配置的效率，是流通效率，是非理想的效率。是離心機(jī)的圓柱半徑和 (6) ; ; 其中是角速度，是氣體混合物的軸向速度，是在z方向的混合物凈流量，是在z方向的光同位素的凈流量，2L是內(nèi)部流動(dòng)的規(guī)模不考慮軸向速度的標(biāo)志，m是流通數(shù)量，并且是一個(gè)關(guān)于r和z的函數(shù)，,和是關(guān)于z的函數(shù)。 氣體離心機(jī)的分離效率E是： (7) 其中是氣體離心機(jī)的分離功率，它是由計(jì)算或?qū)嶒?yàn)獲得，是氣體離心機(jī)理論上的最大分離性能力氣體離心機(jī)的局部分離效率和分離效率的關(guān)系是 30 (8) 其中Z是氣體離心機(jī)的長(zhǎng)度。 氣體離心機(jī)的理論最大分離能力 (9) 氣體離心機(jī)中的流場(chǎng)，必須了解的分配來(lái)劃分局部分離效率的等高線(xiàn)。數(shù)值模擬和分析方法已被用于解決流場(chǎng)的控制方程。分析方法便于優(yōu)化物理參數(shù)。魏錦華用和Wood相似的方法，用一些例子計(jì)算流場(chǎng)。從上面列出的表達(dá)式可知，在知道在氣體離心機(jī)流場(chǎng)后，可以得到局部分離效率和氣體離心機(jī)分離效率。 這有幾個(gè)驅(qū)動(dòng)器，能介紹氣體離心逆流循環(huán)。為簡(jiǎn)單起見(jiàn)考慮三個(gè)驅(qū)動(dòng)器。它們是墻體熱驅(qū)動(dòng)器，端蓋的熱驅(qū)動(dòng)器和舀驅(qū)動(dòng)器?？紤]一個(gè)邊緣速度大約為500m/s的氣體離心機(jī)。 1） 墻體熱驅(qū)動(dòng)器 只考慮墻熱驅(qū)動(dòng)器，并假設(shè)在墻壁上溫度分布是一個(gè)軸向位置的線(xiàn)性函數(shù)，局部分離的優(yōu)化設(shè)計(jì)效率等高線(xiàn)如圖1所示，在圖中的橫坐標(biāo)是相對(duì)徑向位置，垂直坐標(biāo)相對(duì)軸的位置。驅(qū)動(dòng)器的幅度可能會(huì)更改，以獲取最大的氣體離心分離。對(duì)于墻體熱驅(qū)動(dòng)器氣體離心機(jī)的最高分離效率E等于23.6%。 圖1. 墻體熱驅(qū)動(dòng)器局部分離效率等高線(xiàn) 2） 端蓋的熱驅(qū)動(dòng)器 圖2所示端蓋的熱驅(qū)動(dòng)器等高線(xiàn)情況。物理參數(shù)，如周邊速度，物料流速等等與圖1是相同的。只有驅(qū)動(dòng)器與在前一個(gè)例子中用的墻體熱驅(qū)動(dòng)器是不同的。對(duì)于端蓋的熱驅(qū)動(dòng)器氣體離心機(jī)的最高分離效率E等于27.5%。高于墻體熱驅(qū)動(dòng)器。 圖2. 端蓋的熱驅(qū)動(dòng)器局部分離效率等高線(xiàn) 對(duì)于墻體熱驅(qū)動(dòng)器，輪廓線(xiàn)比端蓋的熱驅(qū)動(dòng)器的情況更接近墻。原因是為隔離墻熱驅(qū)動(dòng)下軸向速度分布接近墻，邊緣分離效率較低。對(duì)于這兩種情況下邊緣分離效率的軸向函數(shù)如圖3和圖4所示。在圖4中表明端蓋的熱驅(qū)動(dòng)器的邊緣分離效率是40%左右。圖3表明墻體熱驅(qū)動(dòng)器的邊緣分離效率大約是30%。 圖3. 墻體熱驅(qū)動(dòng)器的氣體離心機(jī)的分離效率分配 EF--邊緣效率 EC--流通效率 EI--非理想 EZ--截面效率 圖4. 端蓋熱驅(qū)動(dòng)器的氣體離心機(jī)的分離效率分配 3） 所有驅(qū)動(dòng)器存在的模式 為優(yōu)化設(shè)計(jì)，如果所有驅(qū)動(dòng)方式被認(rèn)為是分離效率輪廓。 圖5和圖6所示墻體熱驅(qū)動(dòng)器，端蓋的熱驅(qū)動(dòng)器，舀驅(qū)動(dòng)器。圖5所示局部分離效率的等高線(xiàn)圖。圖6表示分離效率分配。氣體離心機(jī)的分離效率E.是46.8%。如圖5所示，等高線(xiàn)移向氣體離心機(jī)的核心。除了非理想情況的所有的效率都高于例1）和例2）情況（參見(jiàn)圖6和圖3圖4比較）。 圖5. 例3）的等高線(xiàn)圖 2. 一些物理參數(shù) 對(duì)分離效率的影響 在氣體離心機(jī)中有許多參數(shù)。我們的目標(biāo)是增加氣體離心分離效率。然而，有許多參數(shù)影響分離效率。一些參數(shù)的變化對(duì)分離效率的影響已被調(diào)查分析和實(shí)驗(yàn)研究。 圖6. 例3)中氣體離心機(jī)分離效率分配 1） 壁壓力 壁壓力對(duì)于提高分離效率是一個(gè)重要的參數(shù)。由于給定壁壓力，驅(qū)動(dòng)器參數(shù)優(yōu)化給氣體離心機(jī)提供了分離效率的最佳值。圖7所示是氣體離心機(jī)中壁壓力和優(yōu)化的分離效率的關(guān)系。 圖7. 分離效率對(duì)壁壓力的依賴(lài)性 圖8. 分離效率對(duì)廢物位置的依賴(lài)性 氣體離心機(jī)的最佳分離效率。由于壁壓力分離效率為43.0%，當(dāng)壁壓力是8kpa時(shí)，壓強(qiáng)為4kpa并且提高48.0%，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，趨勢(shì)是正確的。越高的壁壓力越能提高分離效率。 2）垃圾鏟的位置 垃圾鏟的徑向位置是另一個(gè)重要的參數(shù)。圖8中表示了分離效率和垃圾鏟的位置的關(guān)系。由于所給的垃圾鏟的徑向位置，驅(qū)動(dòng)器參數(shù)優(yōu)化提供給氣體離心機(jī)分離效率的最佳值。當(dāng)垃圾鏟的徑向位置從0.90變到0.85時(shí)，分離效率由42.2%提高到46.6%。圖9和圖10分別表示了徑向位置等于0.90和0.85的等高線(xiàn)圖。注意等于0.85的圖，等高線(xiàn)移向核心。特別是在右下角物料以下的領(lǐng)域。 圖9.廢棄物徑向位置的等高線(xiàn)圖 圖10. 廢棄物徑向位置的等高線(xiàn)圖 3 )墻壁溫度分布 離心機(jī)筒壁上的溫度分布也影響分離效率。對(duì)于筒壁的線(xiàn)性溫度分布，最佳分離效率為46.8％。由于軸向溫度分布沒(méi)有任何限制，最佳的溫度分布提供了一個(gè)更高的分離效率為48.3％。 最佳溫度分布，圖11所示是非線(xiàn)性的。由于較高的溫度略低于在氣體離心機(jī)中心的物料點(diǎn)。較高的溫度應(yīng)低于饋點(diǎn)，以增加在該地區(qū)的流通時(shí)，通常會(huì)如下。 圖11.優(yōu)化溫度分布 4） 空心直徑產(chǎn)品擋板 空心直徑產(chǎn)品擋板該產(chǎn)品擋板有兩個(gè)功能：防止產(chǎn)品舀引起循環(huán)趨勢(shì)和提供足夠的產(chǎn)品流量?？斩吹闹睆綉?yīng)盡可能小。在我們的例子中，參數(shù)應(yīng)該近似為8（）。分離效率可能會(huì)增加大約5％。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，氣體離心分離效率隨著空心直徑的減少而增加。 5） 進(jìn)入氣體離心機(jī)的物料流動(dòng)方向 物料流動(dòng)方向也是一個(gè)重要的參數(shù)。通過(guò)確定最佳的方向，分離效率實(shí)驗(yàn)性地增加了5％，當(dāng)然，如果氣體離心機(jī)比較短，物料流動(dòng)方向?qū)?huì)更加影響分離效率。 3 總結(jié) 1） 局部分離效率的概念是有助于理解氣體離心分離現(xiàn)象。 2） 物理參數(shù)優(yōu)化可顯著提高分離效率，很容易提供良好的利潤(rùn)。 參考文獻(xiàn) [1]. 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