無限微熱源SiC合成爐的傳熱學(xué)模擬及實驗研究.pdf

1、艾奇遜法主要采用單熱源合成塊體α-碳化硅，這種傳統(tǒng)方法生產(chǎn)出的α-碳化硅塊體在活性和研磨等性能上不同于β-碳化硅，其破碎過程是一個高能耗過程。無限微熱源法基于熱源數(shù)目無限多的思想，可一次性冶煉合成α～β碳化硅多種粉體，避免了破碎環(huán)節(jié)帶來的高能耗問題，并且還可以制備出以往方法難以大批量生產(chǎn)的B．碳化硅粉體，具有很重要的工業(yè)價值。本課題利用數(shù)值模擬的方法，對無限微熱源法合成碳化硅爐進行傳熱學(xué)模擬，并結(jié)合實驗研究爐內(nèi)傳熱規(guī)律。 通過熱

2、力學(xué)分析，研究了無限微熱源爐內(nèi)反應(yīng)發(fā)生的可能性，確定了爐內(nèi)理論反應(yīng)初始溫度；用示性物質(zhì)以及紅外測溫儀對爐表溫度進行了測定；研究了供電功率和電阻的變化規(guī)律。通過傳熱學(xué)分析，確立了無限微熱源爐內(nèi)的傳熱形式與傳熱模型；建立了導(dǎo)熱微分方程，并通過分段線性擬合等數(shù)學(xué)方法確立了幾何條件、物性條件、時間條件以及邊界條件四個單值性條件；建立了數(shù)學(xué)模型并進行了有限元數(shù)值計算，得出了無限微熱源爐內(nèi)溫度場的變分方程，并將其與ANSYS瞬態(tài)溫度場的計算方程進行

3、了比較，二者形式及物理意義相符，證明了ANSYS軟件模擬的可行性。 利用有限元ANSYS數(shù)值模擬軟件，結(jié)合實際爐體的單值性條件，對合成爐進行了三組可行性變熱源數(shù)值模擬和四組定熱源數(shù)值模擬實驗，給出了瞬態(tài)溫度場信息。研究了變熱源爐內(nèi)三個不同參數(shù)(供電時間、供電功率和爐內(nèi)反應(yīng)最高溫度)的變化規(guī)律，得出無限微熱源爐合成β-碳化硅粉體的可行性與優(yōu)越性。定熱源爐和變熱源爐內(nèi)溫度場的傳熱規(guī)律表明，適當(dāng)?shù)脑龃蠊β适範(fàn)t內(nèi)溫度場更加對稱，同時隨著