摘 要

　　废树脂屏蔽转运装置是SRTF的关键设备，在日常生活中的作用是实现放射性废树脂的场内运输，其中废树脂屏蔽运转装置的主要功能是用于处理核电厂工作中所生成的具有放射性的固体废料，因为这种固体废料具有很强的放射性，所以采用废树脂屏蔽运转装置处理。因此研究在装载卸载过程中的废物输送管道流场及树脂储罐废物进出口管道流场对提升废物处理工艺水平具有重要意义。

　　本文利用FLUENT软件对废树脂屏蔽运转装置中的水、活性炭、树脂，水、树脂，水、沸石、活性炭、树脂，水、沸石等四种固体混合物进行数值模拟，应用 GAMBIT前处理软件建立几何模型并对其划分网格；应用计算流体力学软件FLUENT中对上述四种固体混合物在真空转运屏蔽装置管路系统的流动特性进行求解。在求解过程中选择标准k-ε湍流模型，Eulerian两相流模型。仿真结果满足收敛性检验，本文模拟结果与实验结果进行了对比，通过对比可以发现本文所采用的计算模型可以较好的符合实验结果，说明本文所采用的数值计算模型是可信的。通过分析真空屏蔽转运装置内的流场流动规律，揭示了真空度与流量之间的指数关系，从而可以为装运装置的开发和设计提供理论依据。

关键词：废树脂屏蔽运转装置 湍流 真空度 流量

ABSTRACT

Waste resin shield transfer device is a key device of SRTF，in the role of daily life is to achieve radioactive waste resin in the field of transport，in which the main function of waste resin shielding operation device is used to deal with nuclear power plant generated by the work of radioactive Of the solid waste，because this solid waste has a strong radioactivity，so the use of waste resin shielding operation device processing. Therefore，it is important to study the flow field of the waste transportation pipeline and the flow field of the waste and outlet of the resin tank in the loading and unloading process to enhance the waste treatment process level.

In this paper， FLUENT software was used to simulate the four solid mixtures of water， activated carbon， resin， water， resin， water， zeolite， activated carbon， resin，water and zeolite in waste resin shielding operation device. GAMBIT pretreatment software was used to establish geometry And the flow characteristics of the four solid mixtures in the vacuum transport shielding device piping system are solved by applying the computational fluid dynamics software FLUENT. In this process,the solver was set up using a pressure velocity coupling solver. The two-phase flow model was used for the vacuum transport of water and the resin process. The Mixture model was used for vacuum transporting water and activated carbon， zeolite and other mixtures. The flow of liquid-solid two-phase fluid has a strong coupling. The Eulerian model is adopted for the solid two-phase flow model. The k-ε model is used for the turbulence model. The inlet pressure is set to P = 90，80，75，70 kPa， the outlet pressure is P=0 kPa，the discretization format is set to the second-order upwind format，and the initialization condition is set to initialize all-zones. After all the settings are completed，the calculation result is obtained. The correctness of the calculation method is determined by the convergence test and the experimental comparison. On this basis，the relationship between the vacuum degree and the pressure difference and the flow rate is obtained: the vacuum degree and the flow rate satisfy the exponential relationship.

Key Words:SRTF；Turbulence；Vacuum degree；flow

目录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 5

1.1研究意义 5

1.2文献综述 5

1.2.1 工业核废料的处理方法 5

1.2.2 管道水力输送固体颗粒的研究现状 6

1.2.3稠密颗粒两相流的数值模拟进展 7

1.3 本文内容 8

第二章 屏蔽转运装置多种固体混合物数值模拟 9

2.1 计算流体力学基础 9

2.1.1 湍流模型 9

2.1.2 多相流模型 10

2.1.3 边界条件 12

2.2 真空运转有限元分析模型 13

2.2.1 几何模型 13

2.2.2 网格划分 14

2.2.3基本假设 15

2.2.4数值模拟求解器设置 15

2.3计算结果 17

2.3.1收敛性检验 17

2.3.2固体混合物真空度与流量压差的关系 21

2.4计算结果与讨论 28

2.4.1实验装置 28

2.4.2真空度与体积流量之间的关系 29

2.4.3 100%树脂和水 29

2.4.4 30%活性炭、70%树脂和水 30

2.4.5 15%活性炭、15%沸石、70%树脂和水 31

2.4.6 30%沸石、70%树脂和水 32

第三章 真空转运过程数值计算 33

3.1理论公式及相关参数介绍 33

3.2 五种工况下的阻力损失计算 34

3.2.1 管路相关参数 34

3.2.2 各阻力系数计算 34

3.2.3 五种工况下的阻力损失 34

第四章 结论 36

参考文献 37

第一章 绪论

1.1研究意义

废树脂屏蔽转运装置是SRTF^[1-2]的一个关键设备，用于实现放射性废树脂的场内运输，废树脂屏蔽运转装置的主要功能是用于处理核电厂工作中所生成的具有放射性的固体废料。因此研究在装载卸载过程中的废物输送管道流场及树脂储罐废物进出口管道流场对提升废物处理工艺水平具有重要意义。目前国内外许多学者从液固两相流体力学出发，探讨管道内非均质流流动时候的速度分布情况，废物输送管道流场，树脂储罐废物进出口管道流场的理论，以及管路系统水动力性能等，对于长距离管道浆料的安全，经济，可靠运行有很大帮助^[3-4]。

1.2文献综述

1.2.1 工业核废料的处理方法

近代以来，人类社会的飞速发展得益于化石能源的广泛应用，但是由于人类的过度开采，当前化石能源已经面临枯竭的危机。作为一种新型能源，核能不仅能取代现有能源在人类生活中的作用，并且和传统化石能源及其他新型能源相比，核能具有无可比拟的优势。但核废料具有放射性、射线危害并能够释放热能，因此核废料的处理问题非常重要，这也是全世界关注的难题。如果处理不当，会给人类环境带来极大地危害。目前世界各国普遍采取的措施^[5]是(l)掩埋法:将固体核废料碾成粉末或化为液状装进贮藏库中，埋在地下深处或森林中的深水池里。因为有少部分放射性物质泄露出来，十年后必须取出重新埋藏；(2)锻烧法:将固体核废料化为液状装入厚达30英寸(76.2cm)铜库里， 埋在地下500-2000英尺深的盐矿床中。因岩盐坚硬致密，基本上不透水，但核废料衰变所产生的辐射热会使周围岩盐的温度上升，故不能保证核废料完全隔离；(3)海床密封法:是将核废料装进密封的容器，通过液压传功装置，将容器由海底管道输送到海床上的某一个预先钻好的竖井内。当竖井装满核废料后，就用混凝土密封起来，这种处理法，污染和泄漏的可能性较小；(4)太空抛弃法和冷冻冷藏法:是将固体核废料用火箭发射到太阳上去或将核废料埋在南极冰冠底下或北极海深处，但还有些技术问题没有解决；(5)人造岩石固化核废料处理法:就是使核废料中包含放射性元素的原子进入矿相的晶格位置，或者镶嵌于晶格的孔隙之中，与基质矿物形成均匀的固溶体。而将核废料转运到指定地点的运输过程是一个非常重要的环节，为了防止辐射，需要一种特殊的装置（屏蔽转运装置）作为载体来对核废料产生的辐射进行屏蔽^[6]。

1.2.2 管道水力输送固体颗粒的研究现状

管道水力输送由于其成本较低、设备简单、对环境友好等有点而在化学工业中得到广泛的运用。用于设计管道水力输送系统的很多重要参数通常通过经验公式或者实验室中的实验确定。

Durand-Condolios^[7]最早发现，非均质流管道阻力损失i_m-i_w，与管道流动的福式数U/有关，并给出了他们的关系式

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