مجله علوم و فنون هسته ای

شماره جاری

کلیه شماره‌های مجله

نمایه نویسندگان

نمایه کلیدواژه ها

درباره نشریه

اهداف و چشم انداز

اصول اخلاقی انتشار مقاله

اعضای گروه دبیران (هیئت تحریریه)

فرایند پذیرش مقالات

پیوندهای مفید

راهنمای نویسندگان

دریافت قالب مقاله

دریافت فرم‌ ها

راهنمای ارسال مقاله

راهنمای داوری مقالات

اسامی سالانه داوران

ثبت داوری در پایگاه داوری Web of Science (publons)

اطلاعات تماس

فرم ارتباط با مجله

بررسی پارامترهای هیدرودینامیکی در داخل یک روتور سانتریفیوژ گازی در حضور گازهای سبک هیدروژن فلوراید و هوا با روش‌های DSMC و تابع توزیع بولتزمن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی شیمی، نفت و گاز، دانشگاه سمنان، صندوق پستی: 19111-35131 ، سمنان - ایران

2 شرکت فن‌آوری‌های پیشرفته ایران، سازمان انرژی اتمی ایران، صندوق پستی: 55431-14399، تهران - ایران

3 پژوهشکده چرخه سوخت هسته‌ای، پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای، سازمان انرژی اتمی ایران، صندوق پستی: 8486-11365، تهران ـ ایران

چکیده

معادله بولتزمن معادله‌­ای بسیار مهم در علم فیزیک و دینامیک سیالات است که برخورد­های دوتایی بین مولکول‌­ها را توصیف می­‌کند. یکی از روش­‌های حل معادله بولتزمن، روش شبیه‌­سازی مستقیم مونت­کارلو می‌­باشد. از آن‌­جا که فشار اغلب تجهیزات واحد­های فرایند غنی‌­سازی کم‌­تر از فشار اتمسفر است، ممکن است در طی عملیات غنی­‌سازی رطوبت هوا به دفعات و در مکان­‌های مختلف زنجیره­‌ها به لوله سیال نشت کرده و طی واکنش با گاز هگزافلوراید اورانیم سبب تولید رسوب بر روی سطوح داخلی روتور سانتریفیوژ و گاز هیدروژن فلوراید ­گردد. در این پژوهش تأثیر غلظت و فشار کل داخل روتور سانتریفیوژ فرضی برای شرایط دو جزیی (97/0=6ZUF و 03/0=ZHF)، (93/0=6ZUF و 07/0=ZHF)، (9/0=6ZUF و 1/0=ZHF)، (85/0=6ZUF و 15/0=ZHF) و سه جزیی (9/0=6ZUF، 05/0=ZHF و 05/0=ZAir) و (8/0=6ZUF، 1/0=ZHF و 1/0=ZAir) مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج با روش تحلیلی مورد مقایسه قرار گرفته است. نتایج نشان داد که افزایش میزان گاز سبک به همراه گاز 6UF باعث کاهش شار جرمی محوری می‌­گردد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Investigation of hydrodynamic parameters inside a gas centrifuge rotor in the presence of hydrogen fluoride and air light gases using DSMC and Boltzmann distribution function

نویسندگان [English]

  • M. Khajenoori 1 2
  • A. Haghighi Asl 1
  • J. Safdari 2 3
  • A. Norouzi 2

1 Faculty of Chemical, Gas and Petroleum Engineering, Semnan University, P.O.Box:35131-19111, Semnan - Iran

2 Faculty of Chemical, Gas and Petroleum Engineering, Semnan University, P.O.Box:35131-19111, Semnan - Iran

3 Advanced Technology Company of Iran, AEOI, P.O.Box:14399-55431, Tehran - Iran

چکیده [English]

The Boltzmann equation which describes binary collisions between molecules is a very important equation in physics and fluid dynamics. Direct Monte Carlo simulation is one of the methods to solve the Boltzmann equation. The moisture can leak to the fluid pipelines in the various places of cascades so many times through the enrichment operations since the pressure of the most enrichment process units is less than the atmospheric pressure. It causes the solid uranium precipitation on the inner surfaces of rotor and HF production upon the reaction with UF6. In the present work, the effect of concentration and total pressure inside a hypothetical centrifuge for binary component conditions (ZUF6=0.97, ZHF=0.03), (ZUF6=0.93, ZHF=0.07), (ZUF6=0.9, ZHF=0.1), (ZUF6=0.85, ZHF=0.15), and three component conditions (ZUF6=0.9, ZHF=0.05, ZAir=0.05) and (ZUF6=0.8, ZHF=0.1, ZAir=0.1) have been investigated. The results have been compared with those of the Boltzmann distribution function. Moreover, increment in the amount of light gas along with UF6 results in the decrement of ρνz.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Boltzmann equation
  • Hydrogen fluoride
  • Gas centrifuge
  • DSMC
مراجع
1. M. Khajenoori, et al, Modeling and simulating of feed flow in a gas centrifuge using the Monte Carlo method to calculate the maximum separation power, Journal of Molecular Modeling, 25 (11), 333 (2019).
 
2. J. Safdari, A. Noroozi, R. Toumari, Parameters optimization of a counter-current cascade based on using a real coded genetic algorithm, Separation Science and Technology, 52(18), 2855-2862 (2017).
 
3. V.D. Borisevich, et al, On ideal and optimum cascades of gas centrifuges with variable overall separation factors, Chemical Engineering Science, 116,  465–472 (2014).
 
4. M. Benedict, Nuclear Chemical Engineering, Mcgraw-Hill Book Company, Second Edition, chapter 14 (1981).
 
5. H.G. Wood, J.B. Morton, Onsager’s pancake approximation for the fluid dynamics of a gas centrifuge, J. Fluid Mech. 101, 1–31 (1980).
 
6. K. Cohen, The Theory of Isotope Separation as Applied to the Large Scale Production of U235, 103-125 (1951).
 
7. Soubbaramayer, Centrifugation, Applied Physics, 35, 183-244 (1979).
 
8. D.R. Olander, The theory of uranium enrichment by the gas centrifuge, Progress in Nuclear Energy, 8(1), 1-33 (1981).
 
9. M.D. Gunzburger, H.G. Wood, A finite element method for the Onsager pancake equation, Computer methods in applied mechanics and engineering, 31(1), 43–59 (1982).
 
10. W. Jin, J. Ruud Van Ommen, C.R. Kleijn, Simulation of atomic layer deposition on nanoparticle agglomerates, Physics of Fluids, 212(1), 146-151 (2017).
 
11. M. Pfeiffer, M.H. Gorji, Adaptive particle–cell algorithm for Fokker–Planck based rarefied gas flow simulations, Physics of Fluids, 213(1), 1-8 (2017).
 
12. S. Pradhan, V. Kumaran, The generalized Onsager model for the secondary flow in a high-speed rotating cylinder, Journal of Fluid Mechanics, 686(1), 109–159 (2011).
 
13. M. Khajenoori, et al, Modeling gas-granular flow in molecular using the DSMC method and continuum regions by Onsager’s pancake equation with mass sources and sinks in a rotating cylinder, Granular Matter, 21(3), 63 (2019).
 
14. C. Tantos, D. Valougeorgis, A. Frezzotti, Conductive heat transfer in rarefied polyatomic gases confined between parallel plates via various kinetic models and the DSMC method, Int. J. Heat Mass Transfer, 88, 636–651 (2015).
 
15. G.A. Bird, The DSMC method, The University of Sydney, 208-211 (2013).
 
16. K.C. Tseng, et al, Simulations of subsonic vortex-shedding flow past a 2D vertical plate in the near-continuum regime by the parallelized DSMC code, Comp. Phys. Comm, 183(8), 1596-1608 (2012).
 
17. P. Barletta, COOL: A code for dynamic Monte Carlo simulation of molecular dynamics, Physics of Fluids, 183(2), 438-439 (2012).
 
18. P.S. Prasanth, J.K. Kakkassery, Molecular models for simulation of rarefied gas flows using direct simulation Monte Carlo method, Fluid Dynamics Research, 40(4), 233-252 (2008).
 
19. M. Wang, Z. Li, Gas mixing in micro channels using the direct simulation Monte Carlo methods, International Journal of Heat and Mass Transfer, 49, 1696–1702 (2005).
 
20. J-S. Wu, K-C. Tseng, Fu-Y Wu, Parallel three-dimensional DSMC method using mesh refinement and variable time-step scheme, Physics of Fluids, 162(1), 166-187 (2004).
 
21. P. Roblin, F. Doneddu, Rarified gas dynamics: 22nd International Symposium, 169 -173 (2001).
 
22. G.A. Bird, Molecular gas dynamics and the direct simulation of gas flows, Oxford University Press, New York, (1994).
 
23. R.D. Bundy, E.B. Munday, The Oak Ridge K-25 Site is managed by Martin Marietta Energy Systems, Inc. for the U.S. Department of energy, (1991).
 
24. E.R. Elsharkawy, A. Abdien, E.F. Salem, Risk assessment due to postulated accidental releases of UF6 and emergency preparedness to mitigate its consequences, International Journal Of Modern Engineering Research (IJMER), 6(9), 58-64 (2016).
 
25. H. Makihara, T. ITO, Centrifugal separation of uranium isotopes in presence of light gas, Journal of nuclear science and technology, 26(11), 1023-1037 (1989).
 
26. S.R. Auvil, A General Analysis of Gas Centrifugation with Emphasis on the Countercurrent Production Centrifuge, (1974).
 
27. H.G, Wood, T.C. Mason, Multi-Isotope Separation in a Gas Centrifuge Using Onsager's Pancake Model, Separation and Science Technology, 31(9), 1185-1213 (1996).
 
28. C. Cercignani, The Boltzmann equation and its applications, Lectures series in mathematics. 68, Berlin, New York, (1988).
 
29. G.J.M. Hagelaar, L.C. Pitchford, Solving the Boltzmann equation to obtain electron transport coefficients and rate coefficients for fluid models, Plasma Sources Sci. Technol. 14, 722–733 (2005).
مجله علوم و فنون هسته ای
دوره 41، شماره 4 - شماره پیاپی 94
دی 1399
صفحه 118-127
فایل ها
هم رسانی
ارجاع به این مقاله
آمار