FCVD法制納米TiO-,2-過(guò)程的詳細(xì)機(jī)理數(shù)值模擬.pdf

1、火焰氣相沉積法(FCVD)具有工藝簡(jiǎn)單、成本較低、產(chǎn)品純度高、球形度高、粒徑可控等優(yōu)點(diǎn)，是近年來(lái)納米顆粒材料，特別是納米陶瓷顆粒材料研究與開(kāi)發(fā)的主要制備術(shù)之一。該方法中，納米顆粒在燃燒過(guò)程中生成，所以燃燒火焰決定著顆粒的尺寸、形貌和結(jié)構(gòu)，而研究表明尺寸、形貌和結(jié)構(gòu)決定了納米顆粒的、電、光、流動(dòng)、燒結(jié)等性能，對(duì)于TiO2顆粒，還影響其光催化特性。因此，準(zhǔn)確地描述燃燒過(guò)程，可以為研究顆粒的生成提供正確的前提條件。 本文在前人工業(yè)丙烷

2、/空氣火焰CVD法制備TiO2納米顆粒實(shí)驗(yàn)工作的基礎(chǔ)上，通過(guò)數(shù)值方法研究納米TiO2顆粒材料的尺寸特征，采用FLUENT 6.3版本對(duì)火焰CVD法制備TiO2納米顆粒的過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)反應(yīng)的數(shù)值模擬，并將計(jì)算結(jié)果在顆粒產(chǎn)生過(guò)程，顆粒積累尺寸分布、平均粒徑、相對(duì)尺寸分布寬度方面與實(shí)驗(yàn)結(jié)果作了比較。 考慮到顆粒作為分散相量很小，模擬過(guò)程中忽略其對(duì)流場(chǎng)的影響，在此假設(shè)下，模擬工作主要分為兩部分： 第一部分是燃燒過(guò)程的模擬。運(yùn)用E

3、DC湍流燃燒模型結(jié)合國(guó)外Casimir的丙烷燃燒詳細(xì)反應(yīng)機(jī)理對(duì)四個(gè)工況進(jìn)行多步反應(yīng)數(shù)值模擬，分別從速度分布，火焰溫度，組分分布及火焰長(zhǎng)度方面與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較，表明模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本吻合；在速度矢量圖中，我們發(fā)現(xiàn)有局部回流，可以通過(guò)調(diào)整結(jié)構(gòu)改善流場(chǎng)；與一步反應(yīng)的模擬結(jié)果進(jìn)行比較，表明多步反應(yīng)模擬在火焰溫度、火焰長(zhǎng)度方面更加合理；組分分布方面，得到一步反應(yīng)模擬得不到的信息；在此基礎(chǔ)上，還研究燃燒過(guò)程中的一些中間產(chǎn)物，對(duì)這些產(chǎn)物的生成

4、發(fā)展過(guò)程進(jìn)行分析，分析結(jié)果與實(shí)際相符?？傊?，多步反應(yīng)模擬可以更好地反映燃燒過(guò)程，為顆粒長(zhǎng)大模擬提供正確的前提。 第二部分是顆粒長(zhǎng)大過(guò)程模擬。建立相關(guān)的流體動(dòng)力學(xué)模型和顆粒動(dòng)力學(xué)模型，本文主要將積分碰撞頻率顆粒動(dòng)力學(xué)模型加入到Fluent軟件中，對(duì)顆粒生長(zhǎng)過(guò)程進(jìn)行模擬。模擬結(jié)果表明該模型所反映的顆粒生成過(guò)程與實(shí)際情況相符，完整地反映了實(shí)驗(yàn)觀察不到的顆粒長(zhǎng)大過(guò)程，并且得出出口處顆粒直徑沿徑向分布規(guī)律；對(duì)于積分碰撞頻率模型的三種假設(shè)，