基于CPFD方法的U₃O₈氢还原流化床反应器数值模拟

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作   者：

李舒月;  王欢;  周少强;  毛志宏;  张永民;  王军武;  吴秀花; 

作者机构：

中国石油大学(北京)重质油全国重点实验室;  中核第七研究设计院有限公司; 

关键词：

高密度颗粒;  核化工;  天然铀转化;  数值模拟;  气固流化床;  计算颗粒流体力学;  氢还原; 

期刊名称：

化工学报

i s s n：

0438-1157

年卷期：

2024 年 75 卷 009 期

页   码：

3133-3151

摘   要：

气固流化床因具有气固接触效率高、相间传质传热快等优点已用于天然铀转化工艺的多个环节，但目前对这类高密度颗粒系统的流化反应性能认识不足，难以对其精确设计和操控。采用计算颗粒流体力学（computational particle fluid dynamics, CPFD）方法对工业尺度连续U3O8还原流化床进行全三维数值模拟，对不同颗粒粒径分布的流化床还原系统中宏观气固流动、传热、反应特性等重要参数进行统计分析。结果显示，在氢气过量80%的条件下，3种不同粒径的颗粒在流化床中的流化状态均表现不佳，大部分区域颗粒处于非流化状态，床层膨胀率低。分析出口处产物分布发现，颗粒粒径越小产物的转化率越高，然而由于流化状态普遍较差，即便是在粒径较小的条件下转化率的总体水平仍然偏低。以上结果表明，在实际操作中可能需要进一步优化流化床的操作条件和结构形式，以提高流化效果和反应转化率。本研究期望能够为高密度颗粒在流化床中的流动与反应特性的深入认识提供新的视角和方法，为核化工及相关领域的技术进步提供有力支持。