碳納米管化學氣相沉積爐的優(yōu)化設計與仿真.pdf

1、碳納米管由于其獨特的結構而具有優(yōu)越的機械、電學和熱學等性能，在復合材料、催化劑載體、鋰離子電池、場發(fā)射材料和隱形材料等領域表現(xiàn)出很好的應用前景。目前生產(chǎn)碳納米管的主要方式為化學氣相沉積法，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。所以基于化學氣相沉積法，開發(fā)研究制備優(yōu)質碳納米管的工藝和裝備是當前研究的熱點。本課題組基于化學氣相沉積法，研制設計生產(chǎn)優(yōu)質碳納米管的化學氣相沉積爐。深入了解生產(chǎn)碳納米管時沉積爐內的

2、溫度場和流場分布情況，對于指導碳納米管的合成工藝研究具有重要意義。分析旋風分離器中的流場分布情況和其分離效果，對于裝置結構的設計和改進具有重要的實踐意義。
　　本文首先對沉積爐的結構進行了設計，然后根據(jù)化學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算模型，基于FLUENT平臺，對化學氣相沉積爐合成碳納米管的過程進行了非穩(wěn)態(tài)數(shù)值模擬，得到了爐膛內的溫度場及流場分布情況，并與實驗結果進行了對比分析。最后，以旋風分離器為研究對

3、象，建立了分離器的三維計算模型，運用FLUENT軟件，對分離器的分離過程進行了數(shù)值模擬，得到了分離器中的流場分布情況和碳納米管的運動軌跡。
　　模擬結果顯示，沉積爐內二維和三維結果基本一致。氣流主要影響爐膛一區(qū)和二區(qū)的中心區(qū)域，但對三區(qū)和四區(qū)的影響較小。爐膛內的溫度場并不是均勻分布的，沿軸向方向上溫度呈上高下低的趨勢(中心區(qū)域除外)；沿徑向上爐膛內溫度在一區(qū)有較大的變化，而在二三四區(qū)基本維持相對穩(wěn)定的溫度。發(fā)熱體處的模擬溫度和實測