刘博 张宇 于文杰 刘兵 王昊杰

(1:中核北方核燃料元件有限公司 内蒙古包头市 014035；2:清华大学核能与新能源技术研究院 北京 100084；3:沈阳工业大学机械工程学院 辽宁沈阳 110870)

1 前言

低温炭化是将压制球坯置于氩气气氛内缓慢升温，将基体石墨中的酚醛树脂等有机物裂解转化为具有较高机械强度的树脂炭，消除球形燃料元件压制过程中造成的内应力，初步加强球形燃料元件强度[1]。在此过程中，有机物在隔绝氧气且加热的条件下，从烃类化合物中生成炭保留下来，氢和其它元素通过受热分解被排除逸出。

连续低温炭化炉是在现有批次式炭化炉基础上，实现连续进出物料[2]。连续式炭化炉和批次式炭化炉的主要区别，除了进料方式的差别，主要体现在温度区间分布，以及炉内气氛分布的差异。其中炉内气氛的分布和流量对炭化工艺的影响较大，炉内气体主要作用是作为保护气体，并且载带出树脂的分解产物，是设计中的难点。本文针对连续低温炭化炉内氩气流动情况，应用Ansys Fluent软件进行数值模拟计算[3]，优化炉腔内结构和进气、排气口的设计方式。

2 连续低温炭化炉结构

连续低温炭化炉主要由进料室、气氛保护加热炉、横移过渡室、水冷套机构、出料室等五部分组成，如图1所示。第二部分是最重要的炭化处理部分，主要研究气体在该部分的分布和流量。

图1 连续低温炭化炉1-进料室;2-气氛保护加热炉;3-横溢过渡室;4-水冷套机构;5-出料室

3 流场数值分析计算

3.1 数学模型

连续低温炭化炉建模流域的方法首先是抽取流道，即不考虑炉体的外形特征，只研究气体流动区域的模型。……