Simulation and visualization of gas centrifuge device for isotope separation and fuel enrichment process

Abstract

Bu çalışmada gaz santrifüj teorisinin kararlı hal davranışı incelendi. Bu inceleme gaz santrifüj metodunun bazı gazlara uygulanması sonucu olası izotop ayrışmaların arttığını göstermektedir. Kararlı hal mol profili oluşturmak için santrifüjün dönme hızı ve yük yoğunluğunun gaz santrifüj metot ile ayrıştırma üzerinde büyük etkisi vardır. Gaz karışımların kendi kendine difüzyon etkisinin ağır molekül ağırlıklı gazlara nazaran düşük molekül ağırlıklı gazlarda daha önemli olduğu gösterilmiştir. Gazlar arasındaki molekül ağırlıkları farkı arttıkça, SO2-H2 ve UF6 da olduğu gibi, ayrışma daha fazla olur. Gaz santrifüje hiçbir gaz giriş ve çıkışı olmaksızın mol ve basınç yoğunluğunun karalı hale ulaşma süresi saniye mertebesindedir. Bu tezde, SO2-N2, SO2-H2 ve UF6 gazlarının santrifüj yöntem ile ayrışması çalışıldı. Gaz santrifüj metodu ile merkezden duvara herhangi bir boşlukta bu gazların mol yoğunlukları incelendi ve hesaplandı. Mol yoğunluklarının grafikleri çizildi ve çıkış verileri elde eden ve giriş verileri hazırlayan grafiksel kullanıcı arayüz sayesinde simülasyon görselleştirildi.

In this thesis, the simple gas centrifuge theory was investigated under steady state conditions. This research is showed that the gas centrifuge improve possible isotope separation when it is applied some gas pairs. The rotation of centrifuge and the magnitude of the charge density have a major impact on the isotope separation to establish the steady state mole fraction profiles by gas centrifuge method. The effect of self-diffusion of the gaseous mixtures was indicated to be more important with low molecular weight gases than the high molecular weight gases. The separation is more increases as the difference between the molecular weights of gases increases such as UF6 and SO2-H2. The necessary time to reach steady state pressure and mole concentration profiles is in the order of seconds, without any gas entering and exiting from the gas centrifuge machine. The separation of some gases such as SO2-N2, SO2-H2 and UF6 have been studied with gas centrifuge method. The mole fractions of gases were investigated and calculated at any radius from center of centrifuge wall. The graphs of mole fractions were plotted and visualized during the simulation via graphical user interface which has been prepared for input data and to obtain output data as graph of mole fraction.