MATHEMATICAL MODEL AND RESULTS OF NUMERICAL CALCULATIONS FOR UF₆ OVERFLOWING IN PRESENCE OF MICROQUANTITIES OF LIGHT IMPURITIES.pdf В современной ядерной технологии большое внимание уделяется содержанию примесей не только в конечных продуктах, но и на промежуточных стадиях. На стадии обогащения урана по легкому изотопу уран-235 применяется гексафторид урана UF6, в котором постоянно присутствуют разнообразные примеси, молекулярная масса которых меньше массы UF6 (так называемые легкие примеси): фториды, оксифториды и оксиды различных металлов и неметаллов, а также компоненты воздуха. При этом содержание фтористого водорода HF в гексафториде урана значительно превышает суммарное содержание других примесей [1]. Значительное содержание HF может оказывать влияние на разделяющую способность газовых центрифуг.При обогащении урана на газоразделительных заводах UF6 присутствует на различных стадиях технологического процесса в различных агрегатных состояниях. В частности, перелив из технологического баллона в транспортный контейнер осуществляют при таких условиях, когда UF6 находится в баллоне в жидкой фазе с газовой «шапкой». Для оценки возможности очистки UF6 от легких примесей при его переливе из технологического баллона в транспортный контейнер возникла необходимость провести термо- и гидродинамические расчеты с учетом конвективного течения в жидкой фазе, поверхностного испарения компонентов смеси и взаимного влияния жидкой и газовой фаз.В работе [1] получены уравнения, связывающие температуру и давление в баллоне с содержанием легких примесей в жидкой и газовой фазах UF6. Эти уравнения показывают значительное отклонение системы от закона Рауля, то есть относительное содержание легких примесей в газовой фазе значительно больше, чем в жидкой.Практика переливов на заводе разделения изотопов ОАО «СХК» показала, что помимо эффекта неоднородного распределения легких примесей между фазами в технологическом баллоне имеет место эффект неоднородного распределения легких примесей в объеме жидкого UF6. Поэтому для проведения всесторонней оценки процесса очистки UF6 от легких примесей была разработана комплексная математическая модель перелива, проведены численные расчеты и экспериментальные измерения.54ИМ Васенин, AM Нрайнов, A.A Шахтин, Р.Л. Мазур, П.В. Зернаев, М.В. ЧунановПри разработке математической модели были приняты следующие исходные данные. Баллон был представлен в виде цилиндрического объема, заполненного вязкой жидкостью до высоты Н. В качестве модельной примеси, как и при экспериментальных измерениях, использовался фтористый водород. Жидкость представляла собой смесь двух жидкостей, при этом концентрация растворенного HF в UF6 небольшая. На поверхности жидкости происходило испарение компонентов смеси жидкостей. На испарение жидкости тратилась теплота. На стенках и дне объема поддерживались изотермические условия. Предполагалось, что плотность жидкости линейно зависит от температуры, при остывании жидкости ее плотность увеличивается. Также предполагалось, что плотность раствора жидкости линейно зависит от концентрации растворенного вещества и при испарении примеси плотность жидкости увеличивается. В связи с этими процессами внутри жидкости будет возникать конвективный тепло- и массоперенос.Моделирование гидродинамики течения вязкой несжимаемой жидкости было проведено уравнениями Навье - Стокса [2]. Учет температурного расширения жидкости, находящейся в неизотермических условиях, и изменения ее плотности при изменении концентрации растворенного компонента проводился в приближении Буссинеска [2].Система уравнений, описывающая движение и тепло- и массоперенос в жидкости, записанная в цилиндрической системе координат, имеет вид- rgaAT - rgyAc :д2ид ( ди - г - дг v дг+ г-диг дгии дгии г др++=-+ vdt дг дур дг3Vду2дог druv Зги и++dt дг ду+ г-г др ( д ( Эи-+v - г-р ду \дг\ дгдги Зги+= 0дг дудТг дгиТ дгиТ (3 ( дТЛ д2Т- ++= а\ - г- \ + гdt дгду\дг\ дг) дудсг дгис ЭгисD{ д ( дс\ д2с\■ г- +г-дг\ дг) дуdt дг дуНачальные условия:и(г,у,0) = 0, »(r,y,0) = 0, T(r,y,0) = T0,c(r,y,0) = c0 Граничные условия:u(0,y,t) = 0, u(R,y,t) = 0, u(r,0,t) = 0, -^' '^=0,ду(1)(2) (3)(4) (5)(6)uout, 0

Скачать электронную версию публикации