نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

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

2 شرکت فناوری‌های پیشرفته ایران، سازمان انرژی اتمی، صندوق پستی: 5931-143995‌، تهران- ایران

10.24200/nst.2021.1311

چکیده

برای مدل­سازی رفتار گاز درون روتور یک ماشین سانتریفیوژ گازی، یک ابزار قدرتمند که به­صورت موازی و با سرعت بالا، تمام محدودیت­های محاسباتی یک ماشین سانتریفیوژ گازی برای اعمال تمامی محرک­ها شامل اثر خوراک، اثر اسکوپ، اثر بفل و ... را برای تمامی رژیم­های جریان شکل گرفته پوشش دهد، موردنیاز است. به­همین دلیل دسترسی به یک کد یا نرم­افزار کاربردی جهت شبیه­سازی رفتار گاز داخل یک ماشین سانتریفیوژ به­نحوی که اثر تمامی عوامل مؤثر بر جداسازی در یک ماشین سانتریفیوژ اعم از چرخش روتور با سرعت بالا، محرک­های حرارتی و محرک­های مکانیکی در آن به خوبی لحاظ گردد، ضروری است. با توجه به پوشش دادن روش بر پایه مولکولی DSMC برای تمامی رژیم­های ­جریان تشکیل شده در داخل ماشین سانتریفیوژ، در این پژوهش نحوه اعمال تمامی عوامل مؤثر در فرایند جداسازی یک ماشین سانتریفیوژ در مختصات متقارن محوری بر روی کد نوشته شده DSMC و هم­چنین حل­گر dsmcFOAM بیان شده و نتایج به دست آمده از کد از جمله تغییرات شعاعی فشار، شارجرمی محوری و اجزاء سرعت با نتایج به دست آمده از حل­گر dsmcFOAM مورد مقایسه قرار گرفته است. نتایج حاکی از انطباق بالای نتایج کد نوشته شده و حل­گر dsmcFOAM برای شبیه­سازی یک ماشین سانتریفیوژ با حضور تمامی محرک­های آن می­باشد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Investigation gas behavior inside a gas centrifuge using dsmc code developed and dsmcFOAM solver

نویسندگان [English]

  • S. Yousefi nasab 1
  • J. Karimi sabet 1
  • J. Safdari 1
  • E. Amini 2
  • A. Norouzi 2

1 Nuclear Fuel Cycle Research School, Nuclear Science and Technology Research Institute, AEOI, P.O.Box: 11365-8486, Tehran-Iran

2 Iran Advanced Technologies Compony, AEOI, P.O.Box: 143995-5931, Tehran-Iran

چکیده [English]

To model a gas behavior within a centrifuge machine, a powerful tool is required similarly. With high-speed cover, all the computational limitations for applying the influential derives such as feed, scoop, baffle effects, etc., formed flow regimes. Therefore, achieving an applicable code or software to simulate the gas behavior within a centrifuge machine to investigate the effect of the derives on the separation in a centrifuge machine, including high-speed rotation, temperature, and mechanical derives, is required. Considering the fact of covering the method based on the molecular DSMC for the all formed flow regimes within the centrifuge machine, in the present work, the method of applying the all influential factors in a separation process of a centrifuge machine in the axial symmetric coordinates on the written code of DSMC and also the dsmcFOAM solver have been studies. The results have been compared with those obtained from the code, including pressure radial changes, axial mass flux, velocity components, and dsmcFOAM solver. A good agreement was found between the results corresponding to the written code and dsmcFOAM solver to simulate a centrifuge machine in the presence of all the parameters.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Centrifuge machine
  • OpenFoam
  • DSMC code
  • Derive effects
  • internal flow
1. M. Benedict, H. Levi, T. Pigford, Nuclear chemical engineering, Nuclear Science and Engineering, 82(4), (1982).
 
2. G.A. Bird, Molecular Gas Dynamics and the Direct Simulation of Gas Flows, Oxford Univ. Press, New York (1994).
 
3. G.A. Bird, Molecular Gas Dynamics, Clarendon Press, Oxford, UK (1976).
 
4. G.A. Bird, The DSMC Method, Libraries Australia, (2013).
 
5. T. Kai, N.K, Hasegawa, Numerical Calculation of Flow and Isotope Separation for SF6 Gas Centrifuge, Journal of Nuclear Science and Technology (2012).
 
6. J.P. Lahargue, Soubbaramayer, A numerical model for the investigation of the flow and isotope concentration field in an ultracentrifuge, Comp.Meths Appl. Mech.Eng., 15 259-273 (1978).
 
7. P. Omnes, Numerical and physical comparisons of two models of a gas centrifuge, Journal of Computers & Fluids (2007).
 
8. S. Pradhan, V. Kumaran, The generalized Onsager model for the secondary flow in a high-speed rotating cylinder, J. Fluid Mech., 686, 140-142 (2011).
 
9. D. Jiang, S. Zeng, DSMC simulation of feed jet flow in gas centrifuge, INIS (2011).
 
10. L. He, D.J. Jiang, C.T. Ying, Simulation of overall flow in gas centrifuge considering feed jet, INIS (2010).
 
11. L. He, D.J. Jiang, C.T. Ying, DSMC simulation of feed influence on a gas centrifuge flow field, INIS (2011).
 
12. P. Roblin, F. Doneddu, Direct Monte Carlo simulation in a gas centrifuge, InAIP Conference Proceedings, 169-173 (2001).
 
13. www.OpenFOAM.org.
 
14. Soubbaramayer, Centrifugation, Applied Physics, 35, 183-244 (1979).
 
15. T.J. Scanlon, E. Roohi, C. White, An open source, parallel DSMC code for rarefied gas flow in arbitrary geometries, Mech. Rev. E, 72, 3-7 (2010).
 
16. S. Yousefi Nasab, et al, Investigation of concentration variation of the components of a three-component gas mixtures in the radial and axial direction of a gas centrifuge machine under “total reflux flow” conditions by using the DSMC method, Journal of Nuclear Science and Technology, 89(3), 73-87 (2019).