Створення нових гранульованих матеріалів для ядерного палива та каталізаторів в активному гідродинамічному середовищі

Abstract

Об`єкт дослідження – процес гранулоутворення нових матеріалів для ядерного палива та каталізаторів з покращеними властивостями. Мета роботи – формування наукових засад забезпечення технологічних умов створення нових гранульованих речовин, оксидів металів, зокрема для ядерного палива та каталізаторів, на золь-гельній основі шляхом інтенсифікації гідродинамічних і тепломасообмінних процесів за рахунок накладання зовнішнього вібраційного впливу. Методи дослідження. Основні теоретичні та експериментальні залежності, що описують гідродинамічні та тепломасообмінні процеси при гранулоутворенні, визначаються диференціальними методами математичного аналізу та інтегрального обчислення із застосуванням CAS-систем, комплексному застосуванні засобів вимірювання, проведення структурних досліджень, застосування САЕ-технологій та теорії гратчастих структур у поєднанні з методами параметричної ідентифікації, нелінійного та квазілінійного регресійного аналізу, а також засобів штучного інтелекту, зокрема, штучних нейронних мереж та генетичних алгоритмів. Під час проведення експериментальних досліджень застосовано сучасні засоби вимірювання параметрів дисперсності гранул і контролю витрат індукційним способом, системи безконтактних струмовихрових датчиків механічних коливань та їх спектральний аналіз, методи масспектрометрійного та оптико-емісійного аналізу, електроакустичної та ЯМР-спектрометрії, а також використано системи перетворювачів з подальшим трансформуванням сигналу із застосуванням апаратно-програмних засобів побудови комплексних систем автоматики, їх компіляції та програмування. Обґрунтовано можливості інтенсифікації гідромеханічних та тепломасообмінних процесів отримання нових гранульованих речовин за рахунок накладання віброакустичних коливань. Описано загальну методику експериментальних досліджень і моделювань, стратегічне та тактичне планування експериментів з описом експериментальних і дослідних установок. Розвинуто теоретичні основи моделювання процесу віброгрануляції дисперсних матеріалів за золь-гель технологією, розроблено моделі руху краплин, осадження золю в гелі, нанесення шару покриття на модельні мікросфери. Розроблено математичні моделі впливу активних гідродинамічних і тепломасообмінних режимів, проведено числове моделювання процесу вібраційної грануляції в активному гідродинамічному середовищі гелю із застосуванням сучасних CAE-технологій та засобів штучного інтелекту. За результатами експериментальних досліджень надано рекомендації щодо режимно-технологічної та апаратурно-конструктивної оптимізації процесу гранулоутворення за золь-гельною технологією. Наведено рекомендації з вибору та обґрунтування параметрів, що впливають на характеристики отриманого продукту за золь-гельною технологією.