二氧化鈦納米顆粒的生成與成長過程的數(shù)值模擬研究.pdf

1、納米材料所體現(xiàn)的優(yōu)越特性使其獲得方法越來越受重視。化學(xué)氣相沉積法是制備納米粉體眾多方法之一，該方法所得顆粒純度高，同時(shí)具有良好的熱穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，適合粉體材料的大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。例如日常用的碳黑、鈦白粉顏料(TiO2)等都可以用該方法制得。 本文綜合了流體動力學(xué)和顆粒動力學(xué)的基本理論，對火焰中二氧化鈦顆粒的生成，運(yùn)動，長大等過程進(jìn)行了詳細(xì)的數(shù)值模擬。 首先應(yīng)用CFD商業(yè)軟件FLUENT，對顆粒生成及成長的環(huán)境進(jìn)行模擬，計(jì)算得

2、到接近實(shí)驗(yàn)結(jié)果的火焰場，并對不同工況下計(jì)算得出的火焰場進(jìn)行比較分析，得到火焰結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，為顆粒成長部分的模擬提供良好的條件。其中丙烷的燃燒及四氯化鈦的氧化過程采用單步化學(xué)反應(yīng)的假設(shè)；化學(xué)反應(yīng)的速度采用渦團(tuán)耗散模型計(jì)算，湍流擴(kuò)散火焰場通過非平衡壁面函數(shù)法下的RNGk-ε模型進(jìn)行模擬，從而得到接近實(shí)驗(yàn)條件下的溫度場，速度場和組分場。 其次利用FLUENT的UDF功能，引入采用c語言編寫的顆粒動力學(xué)數(shù)學(xué)模型。該模型是在顆粒碰撞模型的基礎(chǔ)

3、上，引入了成核及氣體對TiO2顆粒的稀釋作用。模型中對氣體向顆粒的凝結(jié)成核過程進(jìn)行了簡化，假定所有的先驅(qū)物TiCl在反應(yīng)后，首先全部轉(zhuǎn)化為自由的TiO2分子單體，這些單體即為最初級的顆粒：接著，初級顆粒在前期算得的火焰場中不斷相互碰撞、凝并和長大。由于顆粒尺寸小且薄，顆粒的運(yùn)動可看作與氣體的相似，同時(shí)忽略了顆粒相對流體的影響。模擬計(jì)算結(jié)果顯示該模型對顆粒成長過程的預(yù)測與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相符合。同時(shí)文中還分析了火焰溫度，火焰長度，火焰結(jié)構(gòu)和氣體的