Abstract The separation of fission gases like 135-Xe and 85-Ke from the liquid nuclear fuel is a focused topic in the molten salt reactor (MSR) community. In this paper, a compact fission gas removal equipment with a serpentine tube as the gas-liquid contactor is introduced. The novel design is free of any moving or rotating components, bringing great convenience in the real-time fuel treatment. As crucial factors influencing the gas removal performance, the two-phase hydrodynamics and interfacial mass transfer characteristics in the vertical serpentine tube are investigated under a water-nitrogen-oxygen system. Both highspeed photographing and conductivity probe are employed to capture the evolution of bubbly flow inside the tubular contactor. The oxygen concentration differences between the inlet and outlet of the device are measured under various operating conditions, and the overall volumetric mass transfer coefficient k l a is derived to evaluate the gas removal efficiency. Experiment results imply a periodic transition of volume fraction profile between the off-center distribution in the downward flow and the near-wall distribution in the upward flow due to the centripetal effect in the U-bends. Bimodal distributions of bubble equivalent diameter are observed because of the intensive bubble coalescence inside the elbow. The overall k l a is found to be linearly proportional to the liquid Reynolds number and gas volume fraction. The dimensionless mass transfer correlation proposed in this work predicts well the overall volumetric mass transfer coefficient.

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新型熔盐堆裂变气体脱除装置流体动力学及传质实验研究

摘要 从液态核燃料中分离 135-Xe 和 85-Ke 等裂变气体是熔盐反应堆 (MSR) 界的一个焦点话题。本文介绍了一种以蛇形管作为气液接触器的紧凑型裂变气体脱除设备。新颖的设计没有任何移动或旋转部件，为实时燃料处理带来了极大的便利。作为影响脱气性能的关键因素，在水-氮-氧系统下研究了垂直蛇形管中的两相流体动力学和界面传质特性。高速摄影和电导探头都被用来捕捉管状接触器内气泡流的演变。在各种工况下测量装置进出口氧浓度差，推导出整体体积传质系数kla，评价脱气效率。实验结果表明，由于 U 形弯管中的向心效应，在向下流动的偏心分布和向上流动的近壁分布之间，体积分数分布的周期性转变。由于弯管内的密集气泡聚结，观察到气泡当量直径的双峰分布。发现总 kla 与液体雷诺数和气体体积分数成线性比例。在这项工作中提出的无量纲传质相关性很好地预测了整体体积传质系数。并推导出总体积传质系数 kla 来评估气体去除效率。实验结果表明，由于 U 形弯管中的向心效应，在向下流动的偏心分布和向上流动的近壁分布之间，体积分数分布的周期性转变。由于弯管内的密集气泡聚结，观察到气泡当量直径的双峰分布。发现总 kla 与液体雷诺数和气体体积分数成线性比例。在这项工作中提出的无量纲传质相关性很好地预测了整体体积传质系数。并推导出总体积传质系数 kla 来评估气体去除效率。实验结果表明，由于 U 形弯管中的向心效应，在向下流动的偏心分布和向上流动的近壁分布之间，体积分数分布的周期性转变。由于弯管内的密集气泡聚结，观察到气泡当量直径的双峰分布。发现总 kla 与液体雷诺数和气体体积分数成线性比例。在这项工作中提出的无量纲传质相关性很好地预测了整体体积传质系数。实验结果表明，由于 U 形弯管中的向心效应，在向下流动的偏心分布和向上流动的近壁分布之间，体积分数分布的周期性转变。由于弯头内部的密集气泡聚结，观察到气泡当量直径的双峰分布。发现总 kla 与液体雷诺数和气体体积分数成线性比例。在这项工作中提出的无量纲传质相关性很好地预测了整体体积传质系数。实验结果表明，由于 U 形弯管中的向心效应，在向下流动的偏心分布和向上流动的近壁分布之间，体积分数分布的周期性转变。由于弯管内的密集气泡聚结，观察到气泡当量直径的双峰分布。发现总 kla 与液体雷诺数和气体体积分数成线性比例。在这项工作中提出的无量纲传质相关性很好地预测了整体体积传质系数。由于弯管内的密集气泡聚结，观察到气泡当量直径的双峰分布。发现总 kla 与液体雷诺数和气体体积分数成线性比例。在这项工作中提出的无量纲传质相关性很好地预测了整体体积传质系数。由于弯管内的密集气泡聚结，观察到气泡当量直径的双峰分布。发现总 kla 与液体雷诺数和气体体积分数成线性比例。在这项工作中提出的无量纲传质相关性很好地预测了整体体积传质系数。