Влияние диаметра входного клапана и температуры газообразного UF6 на динамику его десублимации в емкостях без оребрения

Котельникова, Александра Александровна Отделение ядерно-топливного цикла (ОЯТЦ)
Бесплатно
В избранное
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0

В работе представлены результаты расчётов времени заполнения и средней производительности ёмкостей объёмом 1,0, 2,0, 2,5, 3,0 и 4,0 м3 без оребрения при изменении диаметра входного клапана и температуры газообразного UF6 в коллекторе. Показано, что уменьшение температуры газообразного UF6 с 40 до 10°С позволяет увеличить среднюю производительность ёмкостей на 7,0-7,4 %. Увеличение диаметра входного клапана с 5·10-3 до 65·10-3 м приводит к увеличению средней производительности ёмкостей на 76,0-88,0%.

Введение ………………………………………………………………………………………………. 14
1. Физико-химические свойства гексафторида урана и особенности его
десублимации на разделительных предприятиях……………………………………… 16
1.1 Физические и химические свойства UF6 и лёгких примесей ………………. 16
1.1.1 Гексафторид урана …………………………………………………………………….. 17
1.1.2 Фтористый водород ……………………………………………………………………. 19
1.1.3 Фтор………………………………………………………………………………………….. 20
1.1.4 Трифторид хлора ……………………………………………………………………….. 22
1.1.5 Аммиак ……………………………………………………………………………………… 23
1.1.6 Углекислый газ ………………………………………………………………………….. 24
1.1.7 Физические свойства других примесей ………………………………………… 25
1.2 Анализ процессов десублимации UF6 ………………………………………………. 26
1.2.1 Особенности десублимации UF6 на разделительных предприятиях .. 27
1.2.2 Аппаратурное оформление процессов десублимации …………………… 28
1.2.3 Конденсационно-испарительные установки разделительных
производств ………………………………………………………………………………………. 31
1.2.4 Способы охлаждения и нагрева, применяемые в конденсационно-
испарительных установках …………………………………………………………………. 38
2. Двухмерная математическая модель процесса десублимации UF6 в
вертикальные погружные ёмкости ………………………………………………………….. 45
2.1 Объект исследования ……………………………………………………………………… 45
2.2 Математическая модель ………………………………………………………………….. 46
2.3 Принятые допущения ……………………………………………………………………… 46
2.4 Основные уравнения теплообмена и газовой динамики …………………….. 47
3. Результаты исследований и их обсуждение …………………………………………. 51
4. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение .. 59
4.1 Потенциальные потребители результатов исследования ……………………. 59
4.1.1 Анализ конкурентных технических решений ……………………………….. 60
4.1.2 SWOT-анализ …………………………………………………………………………….. 62
4.2 Планирование научно-исследовательской работы …………………………….. 63
4.3 Бюджет научного исследования ………………………………………………………. 65
4.3.1 Материальные затраты на исследование………………………………………. 65
4.3.2 Расчёт амортизации специального оборудования …………………………. 67
4.3.3 Основная заработная плата исполнителей ……………………………………. 68
4.3.4 Дополнительная заработная плата исполнителей …………………………. 70
4.3.5 Отчисления в государственные страховые фонды ………………………… 70
4.3.6 Накладные расходы ……………………………………………………………………. 71
4.3.7 Формирование бюджета затрат на научно-исследовательскую
работу ……………………………………………………………………………………………….. 71
4.4 Определение ресурсосберегающей, финансовой, бюджетной, социальной
и экономической эффективности исследования …………………………………….. 72
5. Социальная ответственность ………………………………………………………………. 76
5.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности ……. 76
5.1.1 Специальные (характерные для рабочей зоны исследователя)
правовые нормы трудового законодательства ………………………………………. 76
5.1.2 Организационные мероприятия при компоновке рабочей зоны
исследователя. …………………………………………………………………………………… 77
5.2 Производственная безопасность ……………………………………………………… 79
5.2.1 Анализ вредных и опасных факторов, которые может создать объект
исследования …………………………………………………………………………………….. 79
5.2.2 Анализ вредных и опасных факторов, которые могут возникнуть на
рабочем месте при проведении исследований ……………………………………… 80
5.2.3 Обоснование мероприятий по защите исследователя от действия
вредных и опасных факторов ……………………………………………………………… 84
5.3 Экологическая безопасность …………………………………………………………… 89
5.3.1 Анализ влияния процесса эксплуатации объекта на окружающую
среду …………………………………………………………………………………………………. 89
5.3.2 Обоснование мероприятий по защите окружающей среды ……………. 90
5.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях …………………………………………. 92
5.4.1 Анализ вероятных ЧС, которые может инициировать объект
исследований …………………………………………………………………………………….. 92
5.4.2 Анализ вероятных ЧС, которые могут возникнуть на рабочем месте 93
5.4.3 Обоснование мероприятий по предотвращению ЧС и разработка
порядка действия в случае возникновения ЧС ……………………………………… 93
Заключение …………………………………………………………………………………………… 96
Список публикаций ……………………………………………………………………………….. 97
Список литературы ……………………………………………………………………………… 100
Приложение А …………………………………………………………………………………….. 108

В настоящее время на разделительных предприятиях ядерно-
топливного цикла осуществляется модернизация основного технологического
оборудования [1–3]. Газовые центрифуги заменяются более эффективными
машинами нового поколения. За счёт этого возникает потребность увеличения
производительности сублиматоров гексафторида урана, являющихся
неотъемлемой частью предприятий разделительно-сублиматного комплекса
ядерно-топливного цикла. Решить данную задачу можно следующими
способами:
1. Разработать и спроектировать конденсационно-испарительные
установки (КИУ) с повышенной производительностью;
2. Оптимизировать режимы работы используемых установок,
обеспечив максимальную скорость десублимации (сублимации) UF6 и
полноту заполнения транспортных ёмкостей;
3. Усовершенствовать конструкции транспортных ёмкостей.
В настоящее время технологические режимы работы коллекторов
десублимации UF6 в основном основаны на экспериментально полученных
данных. Разработка математических моделей процесса десублимации UF6 в
ёмкости, а также численное моделирование позволяют определять
закономерности протекания данного процесса и разрабатывать обоснованные
рекомендации по повышению производительности их работы за более
короткое время при меньших затратах, чем при реализации
экспериментальных подходов на функционирующем оборудовании и
установках.
Одним из перспективных путей достижения целей, поставленных
перед разделительными предприятиями Росатома, является разработка
математических моделей, учитывающих нестационарность процессов тепло-
и массообмена десублимации UF6.
Процесс десублимации гексафторида урана (ГФУ) является
нестационарным, однако, обзор и анализ литературных данных [4] показал,
что разработанные в настоящее время математические модели процесса
десублимации гексафторида урана являются стационарными, либо
квазистационарными.
Существующие математические модели процесса десублимации UF6
имеют определённые недостатки [4]: используют для расчёта эмпирические
данные, не учитывают нестационарность процессов тепло- и массообмена,
конвективное и диффузионное перемещение газообразного UF6 в ёмкостях,
наличие внутреннего оребрения.
В связи с этим для теоретического исследования нестационарного
процесса десублимации UF6 в транспортные ёмкости необходимо разработать
математическую модель, основанную исключительно на физических
представлениях о протекающем процессе и лишённую недостатков известных
моделей.
В данной работе приведено описание разработанной, программно
реализованной и верифицированной двухмерной математической модели
нестационарного процесса десублимации UF6 в вертикальные погружные
ёмкости [5-7] и полученных с её помощью результатов исследования влияния
температуры газообразного UF6 в коллекторе и диаметра входного клапана
ёмкостей различного объёма без оребрения на время заполнения и среднюю
производительность этих ёмкостей.
1. Физико-химические свойства гексафторида урана и особенности
его десублимации на разделительных предприятиях

1. В результате исследования влияния температуры газообразного UF6
в коллекторе на среднюю производительность ёмкостей объёмом 1,0…4,0 м3
без оребрения и времени их заполнения десублимированным UF6 до 70%
свободного объёма при диаметре входного клапана 65·10 -3 м, рабочем
давлении в коллекторе 80 мм рт. ст., температуре хладагента минус 25°С
показано, что понижение температуры газообразного UF6 в коллекторе с 40 до
10°С приводит к линейному увеличению средней производительности на
7,0…7,4% и уменьшению времени заполнения ёмкостей на 6,8…7,6%.
2. При исследовании зависимости средней производительности и
времени заполнения этих же ёмкостей при температуре газообразного UF6
30°С и изменении диаметра входного клапана от 5·10-3 до 65·10-3 м с шагом
5·10-3 м установлено, что увеличение диаметра входного клапана в указанных
пределах приводит к увеличению средней производительности на 76,0…88,0%
и уменьшению времени заполнения ёмкостей в 4,2…8,3 раз.
3. Определён диаметр входного клапана достаточный для эффективной
работы ёмкостей: ёмкость объёмом 1,0 м3 – din =25·10-3 м, ёмкости объёмом
2,0; 2,5; 3,0 м3 – din =30·10-3 м, ёмкость объёмом 4,0 м3 – din =35·10-3 м.
4. Показано, что малые диаметры входного клапана ёмкости
ограничивают расход поступающего в неё газообразного UF6 и,
соответственно, его подвод к теплообменной поверхности. Поэтому чем
больше объём ёмкости, тем больше должен быть диаметр входного клапана
для нормальной её работы.
Полученные результаты показывают возможность повышения
эффективности технологического процесса десублимации UF6 на
разделительных предприятиях отрасли за счёт уменьшения температуры
газообразного UF6 и увеличения диаметра входного клапана.
Данные результаты могут быть использованы для корректировки
режима десублимации гексафторида урана в вертикальных погружных
ёмкостях без оребрения в АО «ПО ЭХЗ».
Список публикаций

1. Kotelnikova A. A. Influence of pressure in the collector and the refrigerant
temperature to dynamics of filling tanks with smooth inner walls / Orlov A. A.,
Tsimbalyuk A. F., Malyugin R. V., Kotelnikova A. A., Leontjeva D. A. // AIP
Conference Proceedings. – 2019 – Vol. 2101, Article number 020001. – p. 1-6.
2. Kotelnikova A. A. Effect of tank geometry on its average performance /
A. A. Orlov, A. F. Tsimbalyuk, R. V. Malyugin, A. A. Kotelnikova, D. A.
Leontyeva // AIP Conference Proceedings. – 2018 – Vol. 1938, Article number
020009. – [p. 1-7].
3. Kotelnikova A. A. Plasmachemical synthesis and evaluation of the
thermal conductivity of metal-oxide compounds “molybdenum–uranium dioxide” /
A. A. Kotelnikova, A. G. Karengin, O. Mendoza Quiroz // AIP Conference
Proceedings. – 2018 – Vol. 1938, Article number 020015. – [p. 1-7].
4. Котельникова А. А. Влияние температуры газообразного UF6 в
коллекторе на динамику заполнения ёмкостей с гладкими внутренними
стенками десублимированным UF6 / Котельникова А. А., Орлов А. А. //
Физико-технические проблемы в науке, промышленности и медицине:
сборник научных трудов Международной научно-практической конференции
студентов, аспирантов и молодых учёных, Томск, 30 Сентября-4 Октября 2019.
– Томск: ТПУ, 2019 – C. 90.
5. Котельникова А. А. Влияние геометрии ёмкости, условий тепло- и
массообмена на динамику её заполнения десублимированным UF6 /
Котельникова А. А., Малюгин Р. В., Орлов А. А. // Физическое образование в
вузах. – 2018 – Т. 24 – №. S1. – C. 164-165.
6. Котельникова А. А. Плазмохимический синтез металл-оксидных
композиций W-UO2 / О. Мендоса Кирос, И. Ю. Новосёлов, А. А. Котельникова
// VIII школа-конференция молодых атомщиков Сибири: сборник тезисов
докладов, 17-19 мая 2017 г., г. Томск. – Томск: Изд-во ТУСУР, 2017. – [C. 84].
7. Котельникова А. А. Плазмохимический синтез и определение
теплофизических параметров металл-оксидных композиций “Мо-UO2” //
Изотопы: технологии, материалы и применение: сборник тезисов докладов IV
Международной научной конференции молодых учёных, аспирантов и
студентов, г. Томск, 30 Октября – 3 Ноября 2017 г. – Томск: Изд-во Графика,
2017 – [С.48].
8. Котельникова А. А. Естественная конвекция газообразного UF6 в
вертикальной цилиндрической ёмкости / Орлов А. А., Малюгин Р. В.,
Котельникова А. А. // IX Школа-конференция молодых атомщиков Сибири:
сборник тезисов докладов, Томск, 17-19 Октября 2018. – Томск: Дельтаплан,
2018 – C. 155.
9. Котельникова А. А. Влияние режима тепло- и массообмена на
динамику заполнения ёмкостей с гладкими внутренними стенками
десублимированным UF6 / Котельникова А. А., Малюгин Р. В., Орлов А. А. //
Изотопы: технологии, материалы и применение: сборник тезисов докладов V
Международной научной конференции молодых учёных, аспирантов и
студентов, Томск, 19-23 Ноября 2018. – Томск: Графика, 2018 – C. 30.
10. Котельникова А. А. Плазмохимический синтез оксидных
композиций из водно-органических нитратных растворов неодима и магния /
Загузин И. Ю., Котельникова А. А., Пшеничников А. С. // Физико-технические
проблемы в науке, промышленности и медицине: сборник научных трудов
Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и
молодых ученых, Томск, 30 Сентября-4 Октября 2019. – Томск: ТПУ, 2019 – C.
127-128.
11. Котельникова А. А. Влияние отношения высоты к радиусу ёмкости
на динамику её заполнения десублимированным UF6 / А. А. Котельникова, А.
Ф. Цимбалюк, Р. В. Малюгин, А. А. Орлов // Изотопы: технологии, материалы
и применение: материалы IV Международной научной конференции молодых
учёных, аспирантов и студентов, г. Томск, 30 октября – 3 ноября 2017 г. –
Томск: Изд-во Графика, 2017 – [С. 15].
12. Котельникова А. А. Моделирование гибких обменных и
электроионитных систем изотопного разделения [Электронный ресурс] / В. С.
Балашков, А. С. Дрогалев, А. А. Котельникова, А. П. Вергун // Физико-
технические проблемы в науке, промышленности и медицине: сборник
тезисов докладов VII Международной научно-практической конференции, 3-
6 июня 2015 г., г. Томск. – Томск: Изд-во ТПУ, 2015. – [С. 155-156].
http://www.lib.tpu.ru/fulltext/c/2015/C49/C49.pdf

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

    Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных и с правилами пользования Платформой

    Последние выполненные заказы

    Хочешь уникальную работу?

    Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

    Анна Александровна Б. Воронежский государственный университет инженерных технол...
    4.8 (30 отзывов)
    Окончила магистратуру Воронежского государственного университета в 2009 г. В 2014 г. защитила кандидатскую диссертацию. С 2010 г. преподаю в Воронежском государственно... Читать все
    Окончила магистратуру Воронежского государственного университета в 2009 г. В 2014 г. защитила кандидатскую диссертацию. С 2010 г. преподаю в Воронежском государственном университете инженерных технологий.
    #Кандидатские #Магистерские
    66 Выполненных работ
    Мария А. кандидат наук
    4.7 (18 отзывов)
    Мне нравится изучать все новое, постоянно развиваюсь. Могу написать и диссертацию и кандидатскую. Есть опыт в различных сфера деятельности (туризм, экономика, бухучет... Читать все
    Мне нравится изучать все новое, постоянно развиваюсь. Могу написать и диссертацию и кандидатскую. Есть опыт в различных сфера деятельности (туризм, экономика, бухучет, реклама, журналистика, педагогика, право)
    #Кандидатские #Магистерские
    39 Выполненных работ
    Шагали Е. УрГЭУ 2007, Экономика, преподаватель
    4.4 (59 отзывов)
    Серьезно отношусь к тренировке собственного интеллекта, поэтому постоянно учусь сама и с удовольствием пишу для других. За 15 лет работы выполнила более 600 дипломов и... Читать все
    Серьезно отношусь к тренировке собственного интеллекта, поэтому постоянно учусь сама и с удовольствием пишу для других. За 15 лет работы выполнила более 600 дипломов и диссертаций, Есть любимые темы - они дешевле обойдутся, ибо в радость)
    #Кандидатские #Магистерские
    76 Выполненных работ
    Анна В. Инжэкон, студент, кандидат наук
    5 (21 отзыв)
    Выполняю работы по экономическим дисциплинам. Маркетинг, менеджмент, управление персоналом. управление проектами. Есть опыт написания магистерских и кандидатских диссе... Читать все
    Выполняю работы по экономическим дисциплинам. Маркетинг, менеджмент, управление персоналом. управление проектами. Есть опыт написания магистерских и кандидатских диссертаций. Работала в маркетинге. Практикующий бизнес-консультант.
    #Кандидатские #Магистерские
    31 Выполненная работа
    Ксения М. Курганский Государственный Университет 2009, Юридический...
    4.8 (105 отзывов)
    Работаю только по книгам, учебникам, статьям и диссертациям. Никогда не использую технические способы поднятия оригинальности. Только авторские работы. Стараюсь учитыв... Читать все
    Работаю только по книгам, учебникам, статьям и диссертациям. Никогда не использую технические способы поднятия оригинальности. Только авторские работы. Стараюсь учитывать все требования и пожелания.
    #Кандидатские #Магистерские
    213 Выполненных работ
    Катерина В. преподаватель, кандидат наук
    4.6 (30 отзывов)
    Преподаватель одного из лучших ВУЗов страны, научный работник, редактор научного журнала, общественный деятель. Пишу все виды работ - от эссе до докторской диссертации... Читать все
    Преподаватель одного из лучших ВУЗов страны, научный работник, редактор научного журнала, общественный деятель. Пишу все виды работ - от эссе до докторской диссертации. Опыт работы 7 лет. Всегда на связи и готова прийти на помощь. Вместе удовлетворим самого требовательного научного руководителя. Возможно полное сопровождение: от статуса студента до получения научной степени.
    #Кандидатские #Магистерские
    47 Выполненных работ
    Анастасия Б.
    5 (145 отзывов)
    Опыт в написании студенческих работ (дипломные работы, магистерские диссертации, повышение уникальности текста, курсовые работы, научные статьи и т.д.) по экономическо... Читать все
    Опыт в написании студенческих работ (дипломные работы, магистерские диссертации, повышение уникальности текста, курсовые работы, научные статьи и т.д.) по экономическому и гуманитарному направлениях свыше 8 лет на различных площадках.
    #Кандидатские #Магистерские
    224 Выполненных работы
    Виктор В. Смоленская государственная медицинская академия 1997, Леч...
    4.7 (46 отзывов)
    Имеют опыт грамотного написания диссертационных работ по медицине, а также отдельных ее частей (литературный обзор, цели и задачи исследования, материалы и методы, выв... Читать все
    Имеют опыт грамотного написания диссертационных работ по медицине, а также отдельных ее частей (литературный обзор, цели и задачи исследования, материалы и методы, выводы).Пишу статьи в РИНЦ, ВАК.Оформление патентов от идеи до регистрации.
    #Кандидатские #Магистерские
    100 Выполненных работ
    Евгения Р.
    5 (188 отзывов)
    Мой опыт в написании работ - 9 лет. Я специализируюсь на написании курсовых работ, ВКР и магистерских диссертаций, также пишу научные статьи, провожу исследования и со... Читать все
    Мой опыт в написании работ - 9 лет. Я специализируюсь на написании курсовых работ, ВКР и магистерских диссертаций, также пишу научные статьи, провожу исследования и создаю красивые презентации. Сопровождаю работы до сдачи, на связи 24/7 ?
    #Кандидатские #Магистерские
    359 Выполненных работ

    Другие учебные работы по предмету

    Разработка спектрометра фотонного излучения на основе pin-фотодиода
    📅 2019 год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)