مدل سازی و شبیه سازی رفتار گاز داخل یک روتور سانتریفیوژ گازی در حضور گاز سبک هیدروژن فلوراید با استفاده از روش ترکیبی DSMC و انساگر-پنکیک

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی شیمی، نفت و گاز، دانشگاه سمنان

2 عضو هیات علمی پژوهشگاه علوم و فنون هسته ای

3 عضو هیئت علمی دانشگاه سمنان

4 پژوهشکده مواد و سوخت هسته‌ای، پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای، سازمان انرژی اتمی

چکیده

رفتار گاز در ماشین سانتریفیوژ را می‌توان به دو قسمت مولکولی و پیوسته تقسیم کرد. معادله بولتزمن روشی دقیق برای بررسی رفتار گاز در تمام نواحی ماشین سانتریفیوژ می‌باشد. یکی از روش‌های حل معادله بولتزمن روش DSMC می‌باشد. تا کنون چشمه جرمی مورد استفاده در معادله انساگر-پنکیک در ناحیه پیوسته یک چشمه فرضی بوده و محققین زیادی چشمه جرمی فرضی مختلفی را ارائه داده‌اند. در این مقاله شکل رسیدن خوراک به ناحیه پیوسته و اثر گذاری آن در مرز دو ناحیه به صورت چشمه جرمی با روش مستقیم مونت کارلو محاسبه و با چشمه جرمی فرضی گانزبرگر مقایسه شده است. سپس چشمه جرمی حاصل از حضور گاز سبک هیدروژن فلوراید در خوراک بصورت یک مخلوط دو جزئی (97/0=ZUF6 و 03/0=ZHF)، (93/0=ZUF6 و 07/0=ZHF) و (9/0=ZUF6 و 1/0=ZHF) در مرز دو ناحیه محاسبه شده است. با جایگذاری تابع جریان حاصل در معادلات نفوذ انساگر-کوهن، توزیع غلظت در طول روتور محاسبه شده و در نهایت پارامترهای جداسازی و توان جداسازی محاسبه شده است. نتایج نشان می‌دهد که با افزایش مقدارگاز سبک در خوراک ورودی به ماشین فاکتور و توان جداسازی کاهش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Modeling and simulating the gas behavior in a gas centrifuge rotor in presence of hydrogen fluoride light gas by DSMC and Onsager-pancake

نویسندگان [English]

  • Masoud Khajenoori 1
  • jaber Safdari 2
  • Ali Haghighi Asl 3
  • Ali Norouzi 4
1 Faculty of Chemical, Gas and Petroleum Engineering, Semnan University, Semnan, Iran
2 Nuclear Fuel Cycle Research School, Nuclear Science, and Technology Research Institute, Tehran, Iran.
3 Semnan University
4 Nuclear Fuel Cycle Research School, Nuclear Science, and Technology Research Institute, Tehran, Iran
چکیده [English]

The gas behavior within a centrifuge machine could be divided into molecular and continuum. The Boltzmann equation solving is a precise method in the molecular region (feed entrance area). DSMC method is one of the Boltzmann equation solving methods. So far, the mass source used in the Onsager-Pancake equation in the continuum region has been an assumed source and many scientists have presented a different assumed mass source. It was calculated feed reaching form to continuum region and its effect on the border between the two areas in the mass source form using the direct Monte-Carlo method in this paper. Furthermore, it was compared with the Gunzburger's assumed mass source. Then, the mass source obtained from the presence of hydrogen fluoride light gas in the feed was calculated at the two regions border as a two-component mixture (ZUF6=0.97, ZHF=0.03), (ZUF6=0.93, ZHF=0.07) and (ZUF6=0.9, ZHF=0.1). The concentration distribution along the rotor was calculated through inserting the obtained flow function into the Onsager-Cohen diffusion equations. Finally, the separation parameters and power were calculated. Results indicated that separation factor and power decreases through increasing the light gas amount in the feed entering the machine.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Modeling
  • Monte-Carlo
  • Molecular reign
  • Mass source