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吹气法测量折流板脉冲萃取柱分散相存留分数 王悦云 景山 王兴海 吴秋林 陈靖 （清华大学核能与新能源研究院） 摘要：本文在柱径为 50mm 的折流板脉冲萃取柱中，利用吹气法研究了硝酸水溶 液和 30 ％TRPO －煤油水溶液体系的单相流摩擦压降∆P f 特性。在 Noh 模型的基 础上，给出了计算 A’ ω≠0 时单相流摩擦压降的模型，实验结果与模型预测相一 致。并对利用体积置换法测量的分散相存留分数与吹气法测量所得的存留分数进 行了比较。实验结果表明：Noh 在往复振动筛板柱中的模型 φ＝[ ρ －（∆P － ）/ gH ]/ （ρ －ρ ） c ∆P c c d total f 可用于折流板脉冲萃取柱中分散相存留分数的测量，其中两相流的时均摩擦压降 ∆P 可近似由连续相所对应的单相流模型计算得到。 f 1．引言 目前，在核燃料后处理过程中广泛应用的脉冲萃取柱主要包括三种：筛板脉 冲萃取柱，喷嘴板脉冲萃取柱和折流板脉冲萃取柱。其中筛板脉冲萃取柱由于其 水力学和传质性能差而遭淘汰。在国内，人们还在采用喷嘴板脉冲萃取柱。而在 后处理技术先进的法国对折流板脉冲萃取柱研究应用较多，同喷嘴板脉冲萃取柱 相比较，折流板脉冲萃取柱性能受板材浸润性影响较小，并且不易堵塞，具有更 好的排污性能。因此，在核燃料后处理中，为了满足高放条件下检修和维护的方 便，折流板脉冲萃取柱替代喷嘴板脉冲萃取柱已成为国际发展的主要方向之一。 但由于目前国内对折流板萃取柱结构参数，两相流特征及传质过程认识相对落后， 因而，深入研究脉冲萃取柱特征，对提高设备效率，寻求设计放大规律和确定最 优操作条件都有十分重要的意义。 反映折流板脉冲萃取柱性能的水力学参数主要有：存留分数，液泛通量和分 散相特征速度等。其中，存留分数是最重要的水力学参数，其测量方法有体积置 换法、压降法、两相取样法、光束透射法、电导法、超声波法等，其中体积置换 法是最为简便的测量方法，但是在测量时要停止萃取柱正常运行，不能实时测量 运行状况，在实际生产中很难实施，而两相取样法可用于测量萃取柱内的轴向和 1 径向体积分数，但由于其要求在每次取样后重新建立稳定操作，过程繁琐并且测 量结果不精确，因此，该方法也不能实现在线测量。光束透射法、电导法和超声 波法虽能克服前两种方法的缺点，但是都需要在密闭的热室或萃取柱中放置探头， 由于在高放条件下探头的维护问题，限制了它们在后处理脉冲萃取柱中的应用。 在传统压差法基础上，陈靖，傅蓉等人设计了新型吹气探头，其具有结构简 单，免维修的特点，应用于流比为 1：1 条件下的存留分数测量。当流比发生变化 时，柱中流动的液相与柱体之间存在着相对速度，必然造成柱中摩擦压降的增加。 而在折流板条件下，这方面的研究还未见文献报道。在往复振动筛板柱中，Noh 和 Baird 等研究了在脉冲条件下流体流速与压降之间的关系，在此基础上，鲍晓 军等研究了用此方法测量柱中存留分数，但考虑到折流板与筛板的流型不同，把 这些方法应用于折流板脉冲萃取柱中存留分数的测量还需要试验的验证。为此， 本文首先对单相流在脉冲条件下的摩擦压降 ΔP 特征进行了研究；其次，把 ΔP f f 计算模型应用于折流板脉冲萃取柱中存留分数的测量。 2 ．实验设备 如图 1 所示实验设备主要由折流板萃取柱（1），气体脉冲发生系统（20～22 ）， 两相料液输送系统（9～19）和压降测量系统（5～8 ）三部分组成。萃取柱柱体为 玻璃管，其中如图 2 ，3 所示，等间距交替安装着折流板。折流板脉冲萃取柱及折 流板结构参数如表 1 所示。气体脉冲系统主要由气源（20 ）、旋转阀（21 ）、脉冲 腿（4 ）组成，通过调节旋转阀（21 ）的转速来控制脉冲频率f ，而脉冲振幅A 是 通过