a.a. ghorbanpour khamseh
-
یکی از عوامل محرک برای ایجاد جریان محوری درون روتور سانتریفیوژ به منظور افزایش عملکرد جداسازی، اسکوپ است. با توجه به قرار گرفتن اسکوپ در معرض جریان گاز با ماخ بالا، جریان دچار شوک شده و گرادیان های شدیدی در جریان اتفاق خواهد افتاد. در این پژوهش جریان گاز در اطراف اسکوپ در حالت دوبعدی (r-θ) به روش شبیه سازی مستقیم مونت کارلو (DSMC) با استفاده از حل گر dsmcFoam در فواصل مختلف اسکوپ از دیواره شبیه سازی شده است. نتایج نشان می دهد که افزایش فاصله اسکوپ از دیواره روتور و کاهش زاویه برخورد جریان گاز با اسکوپ، سبب کاهش بیشینه دما و نیروی درگ می شود. به عنوان نمونه برای روتوری با شعاع 100 میلی متر که جریان کنار دیواره آن به ماخ 5/6 می رسد افزایش فاصله اسکوپ از دیواره به میزان 31 درصد (از 8 به 5/10 میلی متر) به ازای فشار دیواره 3800 پاسکال در زاویه برخورد 85 درجه، سبب کاهش بیشینه دما به میزان 3/1 درصد (از 596 به 588 کلوین) و کاهش نیروی درگ به میزان 4/49 درصد (2412 به 1221 دین) می شود. کاهش زاویه برخورد گاز با اسکوپ به میزان 8/11 درصد (از 85 درجه به 75 درجه) به ازای فشار دیواره 3800 پاسکال در فاصله اسکوپ از دیواره برابر با 5/10 میلی متر سبب کاهش بیشینه دما به میزان 8/6 درصد (از 588 به 548 کلوین) و کاهش نیروی درگ به میزان 3/50 درصد (1552 به 771 دین) می شود.
کلید واژگان: روتور سانتریفیوژ, اسکوپ, شبیه سازی, روش شبیه سازی مستقیم مونت کارلو, حل گرOne of the driving factors for creating axial flow inside the gas centrifuge rotor to increase the separation performance is the scoop. Due to the exposure of the scoop to the high Mach gas flow, the flow will be shocked, and strong gradients will occur in the flow. In this research, the gas flow around the scoop in a two-dimensional state (r-θ) is simulated by the Direct Simulation Monte Carlo method (DSMC) using the dsmcFoam solver at different distances of the scoop from the rotor wall. The results show that increasing the distance of the scoop from the rotor wall and decreasing the contact angle of the gas flow with the scoop reduces the maximum temperature and drag force. For instance, increasing the distance of the scoop from the wall by 31% (from 8 to 10.5 mm) in 3800 Pa wall pressure and 85° contact angle, causing a maximum temperature decrease of 1.3% (from 596 to 588 K) and also the drag force is reduced by 49.4% (2412 to 1221 dyn). Furthermore, reducing the angle of the gas flow with the scoop by 11.8% (from 85 ° to 75 °) in 3800 Pa wall pressure and at the distance of the scoop from the wall equal to 10.5 mm causes a maximum temperature decrease of 6.8% (from 588 To 548 K) and the drag force is reduced by 50.3% (1552 to 771 dyn).
Keywords: Centrifuge rotor, Scoop, Simulation, direct simulation Monte Carlo method, Solver, dsmcFOAM -
از میان گازهای نجیب، ایزوتوپ های زینان بیش ترین کاربرد را دارند و تاکنون استراتژی مشخصی برای جداسازی تمام ایزوتوپ های پایدار زینان که بیش ترین تعداد ایزوتوپ پایدار را داشته منتشر نشده است. در این کار پژوهشی یک کد محاسباتی با نام SQCAS تهیه شده است که با استفاده از آن استراتژی جداسازی ایزوتوپ هدف در جریان سبک و یا سنگین مشخص می شود. کد تهیه شده با تغییر پارامترهای آبشار مربعی و مدل سازی آن در هرگام به جداسازی تمام ایزوتوپ های زینان طبیعی متناسب با ترکیب درصد ایزوتوپ ها در هرگام می پردازد. در این مقاله با استفاده از یک آبشار مربعی در 32 گام برای خوراک با مقدار مشخص (kg200) به جداسازی تمام ایزوتوپ های گاز زینان طبیعی پرداخته شده است. آبشار مربعی مورد بررسی دارای 20 مرحله بوده که در هر مرحله از 10 ماشین سانتریفیوژ استفاده شده است. هم چنین مقدار فاکتور جداسازی برای اختلاف جرم واحد در این تحقیق برابر با 2/1 در نظر گرفته است. با استفاده از این استراتژی، غنای ایزوتو پ های اول تا نهم به ترتیب از مقادیر 00093/0، 0009/0، 01917/0، 2644/0، 0408/0، 2118/0، 2689/0، 1044/0 و 0887/0 به 72/98%، 3/91%، 79/92%، 63/92%، 77/83%، 12/90%، 64/91%، 68/95% و 04/99% افزایش می یابد. نتایج نشان می دهد که بیش ترین بازیابی مربوط به ایزوتوپ های انتهایی بوده و کم ترین مقدار بازیابی مربوط به ایزوتوپ 135Xe- می باشد.
کلید واژگان: ایزوتوپ های پایدار, جداسازی, آبشار مربعی, سانتریفیوژ گازی, زینان, بازیابیAmong the noble gases, Xenon isotopes are the most widely used. So far, no specific strategy has been published for separating all Xenon stable isotopes with the highest number of stable isotopes. In this research, a computational code, SQCAS, is prepared to determine the target isotope separation strategy in light or heavy current. The prepared code investigates the separation of the natural isotopes in proportion to the feed concentration by changing the parameters of the square cascade and modeling it at each step. All stable isotopes of natural xenon are separated using a square cascade in 32 steps for the certain feed (200kg). The proposed square cascade has 20 stages. In each stage, 10 centrifuges were used. Also, the separation factor for the unit mass difference in this research equals 1.2. Using this strategy, the enrichment of nine isotopes increases from 0.9393, 0.0009, 0.01917, 0.2644, 0.408, 0.2118, 0.2689, 0.1044, and 0.087 to 98.72%, 91.3%, 92.79%, 92.63%, 83.77%, 90.12%, 91.64%, 95.68%, and 99.04%, respectively. The results show that the highest recovery is related to the end isotopes, and the lowest recovery is related to Xe-135 isotope.
Keywords: stable isotopes, Separation, Square cascade, Gas Centrifuge, Xenon, Recovery -
یکی از پارامتر های مهم در طراحی آبشار مدل Q برای سیستم های چندجزیی، پارامتر M* می باشد. در این تحقیق یک کد با نام MOTACAS برای طراحی آبشار مدل Q تهیه شده است که با استفاده از آن مقدار بهینه پارامتر M* نیز قابل محاسبه است. در این راستا مقدار بهینه M* برای غنی سازی ایزوتوپ هشتم تلوریم در خروجی جریان سنگین به ترتیب در غناهای 40/0، 7/0، 9/0 و 99/0 و غنی سازی ایزوتوپ چهارم تلوریم به ترتیب در غناهای 1/0، 3/0، 4/0 و 5/0 تعیین شده است. هم چنین به منظور بررسی اثر فاکتور جداسازی بر مقدار پارامتر M*، محاسبات برای ایزوتوپ هشتم و چهارم با فاکتور جداسازی 05/1 و 1/1 انجام و با یک دیگر مقایسه شده است. بررسی نتایج نشان می دهد که هر اندازه میزان غنای ایزوتوپ مطلوب افزایش یابد، محدوده تغییرات پارامتر M* کاهش می یابد. هم چنین با کاهش فاکتور جداسازی، مقدار بهینه M* تغییر نمی کند و علی رغم افزایش مقدار جریان میان مرحله ای کل، مقدار جریان نسبی میان مرحله ای کل ثابت باقی می ماند. در ضمن مطابق نتایج به دست آمده، غنای ایزوتوپ های انتهایی با افزایش تعداد مراحل آبشار تا مقادیر بالا افزایش می یابد اما غنای ایزوتوپ های میانی تا اندازه ی محدودی در یک آبشار قابل افزایش می باشد.کلید واژگان: ایزوتوپ های پایدار, آبشار مدل Q, پارامتر M*, نرخ جریان میان مرحله ای کل, تلوریمOne of the crucial parameters in designing the Q model cascade for the multi-component systems is the M* parameter. In this research, a code called MOTACAS has been developed to design a Q cascade, using the optimal value of the M* parameter. In this regard, the enrichment of the 8th isotope of tellurium at the heavy stream to 0.40, 0.7, 0.9, and 0.99, and the enrichment of the 4th isotope to 0.1, 0.3, 0.4, and 0.5 have been investigated. Also, in order to evaluate the effect of the separation factor on M*, optimal Q cascades for the enrichment of the 8th and the 4th isotopes with separation factors of 1.05 and 1.1 have been designed and compared with each other. The results show that the acceptable range of the M* decreases with increasing the desired isotope concentration. The optimal value of the M* does not change with reducing the separation factor. The relative inter-stage flow rate remains constant despite increasing the total inter-stage flow rate. Moreover, the required number of separation stages to reach the end component to a high concentration increased, but the enrichment of the middle component in the one cascade is limited despite increasing the stages.Keywords: stable isotopes, Q Cascade, M* Parameter, Total inter-stage flow rate, Tellurium
-
یکی از پارامترهای مهم در آبشار مربعی که تاثیر زیادی بر عملکرد آن در جداسازی ایزوتوپ های چند جزیی دارد، برش آبشار می باشد. در این پژوهش ابتدا به بررسی اثر برش بر جداسازی ایزوتوپ های میانی گاز زینان در یک آبشار مربعی با 20 مرحله پرداخته شده است. این مطالعات برای دو حالت که در آن فاکتور جداسازی ماشین سانتریفیوژ برابر 2/1 و 1/1 باشد، انجام گرفته است. پس از آن کم ترین طول لازم برای ایجاد یک آبشار طویل با تغییر نسبت Z/F و برش آبشار با این دو فاکتور جداسازی تعیین شده است. بر اساس محاسبات انجام گرفته، در صورتی که فاکتور جداسازی برابر 2/1 و 1/1 باشد، کم ترین تعداد مراحل آبشار به ترتیب برابر با 55 و 110 مرحله خواهد شد که عملیاتی نمودن آن به سادگی امکان پذیر نیست. بررسی ها نشان می دهد که مقدار برش مناسب برای دست یابی به بیش ترین مقدار غلظت ایزوتوپ هدف در آبشار طویل با آبشار کوتاه متفاوت است. در صورتی که آبشار کوتاه باشد، با استفاده از مطالعات پارامتریک می توان مناسب ترین برشی را که در آن غلظت ایزوتوپ موردنظر به بیشینه خود می رسد تعیین کرده و بیش ترین بهره را از آبشار موجود داشت. مقدار برش آبشار برای دست یابی به بیش ترین مقدار 129Xe- در یک آبشار 20 مرحل ه ای برابر با 2/0 در فاکتور جداسازی 2/1 و 15/0 در فاکتور جداسازی 1/1 می باشد.
کلید واژگان: ایزوتوپ های پایدار, آبشار مربعی, برش آبشار, جداسازی ایزوتوپ های چندجزیی, زینانOne of the important parameters in the square cascade, which has a great influence on its performance in the separation of multicomponent isotopes, is the cascade cut. In this research work, at first, the effect of cascade cut on the separation of xenon middle isotopes in a square cascade with 20 stages was studied. These studies were carried out for two cases in which the separation factor was 1.2 and 1.1. Moreover, the minimum length for creating a long cascade by changing the Z/F value and cascade cut has been determined. Based on the calculations, if the separation factor is 1.2 and 1.1, the minimum number of cascade stages will be 55 and 110, that's not simply possible. The results showed that the appropriate cascade cut in the long cascade is different from the short cascade. Using the parametric studies of the short cascade, it is possible to determine the most appropriate cascade cut in which the desired isotope concentration reaches its maximum. In order to maximize the amount of Xe-129 in a 20 stages cascade, the suitable cut is 0.2 in the separation factor of 1.2 and 0.15 in the separation factor of 1.1.
Keywords: stable isotopes, Square cascade, Cascade cut, Multicomponent isotope separation, Xenon -
در این پژوهش برای اولین بار با استفاده از خوراک طبیعی زینان، عملکرد یک آبشار مدل تطبیق یافته R با شرایط بهینه آن در حالتی که تعداد مراحل، نرخ جریان خوراک ورودی به آبشار، فاکتور جداسازی و نرخ بهینه خوراک ورودی به هر ماشین مشخص و ثابت باشد، مورد ارزیابی قرار می گیرد. پارامترهای محاسبه شده عبارتند از نرخ جریان ورودی و خروجی مراحل، ظرفیت جداسازی آبشار، تعداد ماشین های استفاده شده در هر مرحله و برش مراحل در دو حالت بهینه و غیر بهینه. الگوریتم استفاده شده در بهینه سازی، الگوریتم بر مبنای آموزش و یادگیری (TLBO) بوده و تابع هدف به صورت تابعی از توان جداسازی برای تک ماشین و پارامتر تطبیق یافته R در نظر گرفته شده است. نتایج نشان می دهد که توان جداسازی در حالت بهینه نسبت به حالت غیر بهینه بیش تر است. توان جداسازی در شرایط تطبیق یافته برای جزء های « اول و سوم » و «دوم و سوم» در حالت بهینه به ترتیب 1% و 9% بیش تر از حالت غیر بهینه می باشد. هم چنین یک کد محاسباتی با عنوان MISCC برای تعیین پارامترهای آبشار در شرایط بهینه و غیر بهینه ارایه شده که از آن برای تجزیه و تحلیل آبشار تطبیق یافته R استفاده می شود.
کلید واژگان: ایزوتوپ های پایدار, آبشار تطبیق یافته مدل R, توان جداسازی, بهینه سازی, آبشار بهینه تطبیق یافته RIn the present study, for the first time the R cascade under normal and optimal conditions with the constant and specified total number of cascade stages, the feed flow rate to the cascade, the factor of separation based on the unit mass difference, and the maximum and optimal of the feed flow into the centrifuge machine is assessed. The algorithm used for optimization is TLBO algorithm and the objective function is considered as a function of separation work for a single machine and match abundance ratio. The results show that in the cascade with the match abundance ratio for isotopes k1 and k2 the separation work in optimal cascade is more than conventional. If the abundance ratio is adapted for two pair of components, i.e., the “first and third” and the “second and third, the separation power in the optimal mode for the first and second cases is 1% and 9% more than those of conventional, respectively. Finally, a computational code named MISCC is written to determine and analyze the parameters of the match abundance ratio cascade in optimal and normal conditions.
Keywords: stable isotopes, match abundance ratio cascade, separation work, Optimization, optimum match abundance ratio cascade
- در این صفحه نام مورد نظر در اسامی نویسندگان مقالات جستجو میشود. ممکن است نتایج شامل مطالب نویسندگان هم نام و حتی در رشتههای مختلف باشد.
- همه مقالات ترجمه فارسی یا انگلیسی ندارند پس ممکن است مقالاتی باشند که نام نویسنده مورد نظر شما به صورت معادل فارسی یا انگلیسی آن درج شده باشد. در صفحه جستجوی پیشرفته میتوانید همزمان نام فارسی و انگلیسی نویسنده را درج نمایید.
- در صورتی که میخواهید جستجو را با شرایط متفاوت تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مطالب نشریات مراجعه کنید.