碳納米管化學(xué)氣相沉積爐的優(yōu)化設(shè)計(jì)與仿真.pdf

1、碳納米管由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)而具有優(yōu)越的機(jī)械、電學(xué)和熱學(xué)等性能，在復(fù)合材料、催化劑載體、鋰離子電池、場(chǎng)發(fā)射材料和隱形材料等領(lǐng)域表現(xiàn)出很好的應(yīng)用前景。目前生產(chǎn)碳納米管的主要方式為化學(xué)氣相沉積法，但該法生產(chǎn)的碳納米管存在石墨化程度不高，曲率大，相互纏繞不易分散等缺陷。所以基于化學(xué)氣相沉積法，開(kāi)發(fā)研究制備優(yōu)質(zhì)碳納米管的工藝和裝備是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。本課題組基于化學(xué)氣相沉積法，研制設(shè)計(jì)生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)碳納米管的化學(xué)氣相沉積爐。深入了解生產(chǎn)碳納米管時(shí)沉積爐內(nèi)的

2、溫度場(chǎng)和流場(chǎng)分布情況，對(duì)于指導(dǎo)碳納米管的合成工藝研究具有重要意義。分析旋風(fēng)分離器中的流場(chǎng)分布情況和其分離效果，對(duì)于裝置結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和改進(jìn)具有重要的實(shí)踐意義。
　　本文首先對(duì)沉積爐的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，然后根據(jù)化學(xué)氣相沉積爐的幾何尺寸，建立了沉積爐傳熱的二維和三維計(jì)算模型，基于FLUENT平臺(tái)，對(duì)化學(xué)氣相沉積爐合成碳納米管的過(guò)程進(jìn)行了非穩(wěn)態(tài)數(shù)值模擬，得到了爐膛內(nèi)的溫度場(chǎng)及流場(chǎng)分布情況，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。最后，以旋風(fēng)分離器為研究對(duì)

3、象，建立了分離器的三維計(jì)算模型，運(yùn)用FLUENT軟件，對(duì)分離器的分離過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬，得到了分離器中的流場(chǎng)分布情況和碳納米管的運(yùn)動(dòng)軌跡。
　　模擬結(jié)果顯示，沉積爐內(nèi)二維和三維結(jié)果基本一致。氣流主要影響爐膛一區(qū)和二區(qū)的中心區(qū)域，但對(duì)三區(qū)和四區(qū)的影響較小。爐膛內(nèi)的溫度場(chǎng)并不是均勻分布的，沿軸向方向上溫度呈上高下低的趨勢(shì)(中心區(qū)域除外)；沿徑向上爐膛內(nèi)溫度在一區(qū)有較大的變化，而在二三四區(qū)基本維持相對(duì)穩(wěn)定的溫度。發(fā)熱體處的模擬溫度和實(shí)測(cè)