钍基熔盐堆是我国重点开发的第四代核反应堆之一,但由于裂变反应产生的中子俘获截面大的Kr,Xe等裂变气体以微气泡的形式存在于熔盐回路中,故对裂变气体的在线去除是熔盐堆提高中子经济性,实现燃料深燃耗的关键。为定量地获得分离器内气泡的分离行为,本次研究采用理论建模、数值模拟与实验验证相结合的方法,采用计算流体软件对特殊结构分离器进行建模仿真,并对所得单相旋流场的速度场分布和湍流强度分布进行定量数值拟合,采用粒子图像测速PIV₂D3C方法测量气液旋流分离器旋流腔中的液体速度场和湍流流场分布特征。同时分析气泡在旋流场中的受力模型,根据曳力、虚拟质量力、升力等建立气泡在旋流场中运动控制方程,利用数值模拟得到的速度场求解控制方程,并计算不同旋流数、气泡直径和雷诺数下气泡的运行轨迹和气泡分离长度,并得到临界气泡直径。设计了单气泡产生装置并用高速摄像技术和图像处理技术得到气泡在旋流场中运动的实验数据。通过模拟预测和实验数据的对比,可知数值结果和实验数据吻合度良好,此方法可用于文中旋流结构气液分离器的优化设计,并利用数值模型分析各力对气泡运动的影响作用,阐明了旋流场中临界分离气泡直径存在的内在原因。