核燃料一般具有较大的放射性和毒性的问题,为保证核燃料生产的安全,经常利用手套箱进行密闭隔离。在手套箱实际运行过程中,由于进、出风口位置不合理、风量不足或气流组织不理想,可能会出现气溶胶粘壁或固态物料底部沉积等问题。本文通过对手套箱内气体进行数值模拟和实验研究,旨在解决实际工程中手套箱内气流组织不理想的问题,提高经济性和优化设计。本文选用Fluent软件中的Standard k-ε模型对手套箱内五种流量工况流体进行数值模拟,并结合实验测量区域,输出值模拟结果。为验证数值模拟的正确性,搭建一套手套箱内流场的实验平台,采用粒子图像测速仪(PIV)对手套箱内流体进行实验测量,并输出实验测量结果。将数值模拟结果与实验结果从流体流动趋势、流动方向和速度数据进行对比分析,保证数值模拟的数学模型选用、基本假设和边界条件设置是合理的。利用验证过的数值模拟方法将空气龄和空气不均匀度作为手套箱内气流组织的优化目标函数对手套箱进行设计优化。通过调整进、出口的管径和进、出口的位置,对箱体内的流体进行数值模拟优化,将模拟得到的空气龄及空气不均匀度的最理想位置作为优化后的进出口位置。为了找出位置变化对空气龄和空气不均匀度的影响程度和影响规律,对不同方向的位置变化对空气龄和空气不均匀度的影响程度进行了敏感度分析,分析结果可以供以后设计参考使用。通过数值模拟优化,最终给出了手套箱的优化方案,通过优化,手套箱内的空气不均匀度减少了 26%。