硅粉氮化輸送床內(nèi)氣固反應過程數(shù)值模擬

編號：SBJS00954

篇名：硅粉氮化輸送床內(nèi)氣固反應過程數(shù)值模擬

作者：尹少武 張朝 康鵬 韓嘉維 王立

關(guān)鍵詞： 氮化硅 能質(zhì)傳輸 顆粒流 數(shù)值模擬 流態(tài)化 直接氮化 輸送床

機構(gòu)： 北京科技大學能源與環(huán)境工程學院 北京科技大學冶金工業(yè)節(jié)能減排北京市重點實驗室

摘要： 以單個硅顆粒氮化反應縮核模型為基礎(chǔ),本文建立了硅顆粒在輸送床內(nèi)反應、輻射與對流傳熱耦合的數(shù)學模型,并借助CFD軟件FLUENT對輸送床內(nèi)能質(zhì)傳輸過程進行了數(shù)值模擬,分析了輸送床壁面溫度、氮氣流量、預熱溫度、硅粉粒徑等因素對輸送床內(nèi)溫度場和硅粉氮化率的影響。在數(shù)值計算域內(nèi)將單個顆粒反應過程轉(zhuǎn)化為顆粒群整體反應過程,實時監(jiān)測顆粒粒徑及未反應硅顆粒粒徑,為數(shù)值模擬顆粒流反應提供一種新思路。當壁面溫度高于1723K時,輸送床內(nèi)會出現(xiàn)一高溫區(qū)加速硅粉氮化反應;反應溫度越高、顆粒粒徑越小,氮化過程越劇烈,硅粉到達完全氮化所需時間越短。模型表明為使粒徑為2.5μm的硅粉達到完全氮化且輸送床內(nèi)最高溫度不超過氮化硅的分解溫度2173K,應控制輸送床壁面溫度在1773K,氮化時間在170s以上,預熱溫度在1273K,粉氣質(zhì)量比為0.2,稀釋劑比例為0.5~1。