FCVD法制納米TiO-,2-過程的詳細(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)，是近年來納米顆粒材料，特別是納米陶瓷顆粒材料研究與開發(fā)的主要制備術(shù)之一。該方法中，納米顆粒在燃燒過程中生成，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、燒結(jié)等性能，對于TiO2顆粒，還影響其光催化特性。因此，準(zhǔn)確地描述燃燒過程，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納米顆粒實驗工作的基礎(chǔ)上，通過數(shù)值方法研究納米TiO2顆粒材料的尺寸特征，采用FLUENT 6.3版本對火焰CVD法制備TiO2納米顆粒的過程進(jìn)行了詳細(xì)反應(yīng)的數(shù)值模擬，并將計算結(jié)果在顆粒產(chǎn)生過程，顆粒積累尺寸分布、平均粒徑、相對尺寸分布寬度方面與實驗結(jié)果作了比較。 考慮到顆粒作為分散相量很小，模擬過程中忽略其對流場的影響，在此假設(shè)下，模擬工作主要分為兩部分： 第一部分是燃燒過程的模擬。運(yùn)用E

3、DC湍流燃燒模型結(jié)合國外Casimir的丙烷燃燒詳細(xì)反應(yīng)機(jī)理對四個工況進(jìn)行多步反應(yīng)數(shù)值模擬，分別從速度分布，火焰溫度，組分分布及火焰長度方面與實驗結(jié)果進(jìn)行了比較，表明模擬結(jié)果與實驗結(jié)果基本吻合；在速度矢量圖中，我們發(fā)現(xiàn)有局部回流，可以通過調(diào)整結(jié)構(gòu)改善流場；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，還研究燃燒過程中的一些中間產(chǎn)物，對這些產(chǎn)物的生成

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