مطالعه فاکتور جداسازی سامانه انتشار گازی برای جداسازی ایزوتوپی گاز UF6 به روش شبیه‌سازی مستقیم مونت کارلو

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

گروه چرخه و سوخت، دانشکده مهندسی هسته‌ای، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

چکیده

هدف از انجام این پژوهش، بررسی تأثیر نوع رژیم جریان بر شکل‌گیری جداسازی در سامانه انتشار گازی، تأثیر عدد نودسن بر فاکتور جداسازی سامانه یادشده و سرعت انتشار ذره‌ها در درون روزنه‌های غشاء متخلخل می‌باشد. در پژوهش حال حاضر نخست به شرح مختصری از نظری حاکم بر سامانه پرداخته؛ سپس با مدل‌سازی المانی از سامانه مذکور، تأثیر نوع رژیم جریان و عدد نودسن بر تغییرهای غنا هر یک از اجزای گازی و فاکتور جداسازی حالت‌های گوناگون و سرانجام سرعت پخش جزء سبک و سنگین درون روزنه‌ها بررسی خواهد شد و با نمودارها و معادله‌های نظری حاکم بر مسئله مقایسه خواهد شد. همچنین شایان ذکر است که از دو ایزوتوپ سبک و سنگین گاز UF6  برای جداسازی به روش انتشار گازی استفاده شده است. نتیجه‌ها نشان خواهند داد؛ در رژیم جریان پیوسته جداسازی شکل نمی‌گیرد و تنها در رژیم جریان مولکولی و گذرا جداسازی انجام خواهد گرفت. همچنین با افزایش عدد نودسن، میزان تغییرهای تغنا در قسمت‌های گوناگون سامانه نسبت به گاز ورودی افزایش خواهد یافت؛ به عبارت دیگر با افزایش عدد نودسن، جداسازی بیش‌تری شکل گرفته و فاکتور جداسازی سامانه افزایش می‌یابد. به طور مثال برای عدد نودسن 1/0 فاکتور جداسازی برابر با 00101/1 و برای عدد نودسن 8/0 این مقدار به 00333/1 افزایش خواهد یافت. در آخر سرعت انتشار ذره‌ها در درون روزنه‌ها که معیاری از جداسازی موثر ذره‌ها می‌باشد بررسی شده است. نتیجه‌ها نشانگر این است که سرعت انتشار ذره‌ها برای جزء سبک، نسبت به جزء سنگین از مقدار بیش‌تری برخوردار بوده و این امر به دلیل بالا بودن شدت عبور ذره‌های جزء سبک نسبت به جزء سنگین از درون روزنه‌ها می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Mindess S., “Resistance of Concrete to Destructive Agencies”, Lea’s Chemistry of Cement and Concrete (Fifth Edition), 251-283, (2019).
[2] Choppin G.R., Liljenzin J.-O., Rydberg J., “Nuclei, Isotopes and Isotope Separation”, Radiochemistry and Nuclear Chemistry (Third Edition), 11-40 (2002).
[3] Avery D.G., Davies E., Uranium Enrichment by Gas Centrifuge, Mills and Boon Ltd, (1973).
[4] Krass A.S.., Boskma P., Elzen B., Smit W.A., “Uranium Enrichment and Nuclear Weapon Proliferation”, Routledge, Taylor & Francis Ltd, London and New York. (2020).
[5] Zito P.F., Caravella A., Brunetti A., Drioli E., Barbieri G., Knudsen and Surface Diffusion Competing for Gas Permeation Inside Silicalite Membranes, Journal of Membrane Science Volume, 523: 456-469 (2017).
[6] Krishna R., The Maxwell–Stefan Description of Mixture Permeation Across Nanoporous Graphene Membranes, Chemical Engineering Research and Design, 133: 316-325 (2018).
[7] Zhang D., Wang H, Li C, Meng H, Modeling of Purge-Gas Recovery using Membrane Separation, Chemical Engineering Research and Design, 125: 361-366 (2017).
[8] Darbandi M., Roohi E., Study of Subsonic–Supersonic Gas flow through Micro/Nanoscale Nozzles using Unstructured DSMC Solver, Microfluid. Nanofluid., 10(2): 321-335 (2011).
[9] Veltzke, T., M. Baune, J. Thöming, The Contribution of Diffusion to Gas Microflow: An Experimental Study, Physics of Fluids, 24(8): 082004 (2012).    
[10] Wang M., Li Z., Simulations for Gas Flows in Microgeometries using the Direct Simulation Monte Carlo Method, International Journal of Heat and Fluid Flow, 25(6): 975-985 (2004).
[11] Masir M.A., Aghaie M., Alahyarizadeh G.h., Simulation of Separative Gaseous Molecular Flow through Porous Membrane with DSMC Method, Progress in Nuclear Energy, 118: 103150 (2020).
[12] Bird G.A., “The DSMC Method”, CreateSpace Independent Publishing Platform, (2013).
[13] Benedict M., “Nuclear Chemical Engineering”, McCraw-Hill, (1957).
[14] Villani, S., “Uranium Enrichment”, Springer Berlin Heidelberg, (1979).
[15] Ohta T., “Direct Thermal Decomposition of Water”, Solar-Hydrogen Energy Systems an Authoritative Review of Water-Splitting Systems by Solar Beam and Solar Heat: Hydrogen Production, Storage and Utilisation”, Elsevier, 59-79 (1979).
[16] Seader J.D., Henley E.J., “Separation Process Principles”, John Wiley & Sons, Inc (1998).
[17] Ragheb, m., isotope Separation and Enrichment, Chapter 10, (2018).
[18] Hashemipour N., Karimi Sabet J., Motahari K., Mahruz Monfared S., Amini Y., Moosaviane M.A., Numerical Study of N-Heptane/Benzene Separation by Thermal Diffusion Column, Chinese Journal of Chemical Engineering, 27(8): 1745-1755 (2018).
[19] Wilks J., “Uranium Conversion and Enrichment”, Nuclear Fuel Cycle Science and Engineering 1st Edition, Woodhead Publishing, 151-176 (2012).