發(fā)布時間：2021-08-14 10:18

　　目前工業(yè)生產(chǎn)中制備高純度氟化稀土最重要的設(shè)備之一就是立式稀土氟化爐,它是一種典型的高溫氣固反應(yīng)器。目前使用的立式稀土氟化爐爐內(nèi)存在氣體流速不均勻、爐內(nèi)溫度分布差異較大的現(xiàn)象,因此導(dǎo)致爐內(nèi)整體氟化效率低。本文采用CFD計算流體動力學(xué)方法并結(jié)合ANSYS FLUENT軟件對現(xiàn)有立式氟化爐爐內(nèi)的流場和溫度場進(jìn)行研究分析并找出其存在的結(jié)構(gòu)缺陷,之后對現(xiàn)有立式氟化爐結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行改進(jìn)后得到兩種改進(jìn)結(jié)構(gòu)爐型,通過分析得出兩種改進(jìn)爐型相對于現(xiàn)有爐型的優(yōu)越性。具體工作如下:（1）建立現(xiàn)有立式氟化爐數(shù)學(xué)物理模型并用FLUENT軟件對其流場與溫度場進(jìn)行求解,研究結(jié)果表明:現(xiàn)有立式氟化爐內(nèi)存在較多的氣體渦流死區(qū),氣體流動停滯現(xiàn)象比較嚴(yán)重,氟化氫氣體不能快速流向上部反應(yīng)區(qū)域參加氟化反應(yīng),同時爐內(nèi)的溫度波動比較大,僅有上半部分區(qū)域能達(dá)到氟化反應(yīng)的理想溫度范圍,而爐底部存在比較大的低溫區(qū)域,所以爐內(nèi)整體氟化效率較低。（2）通過分析得出造成爐內(nèi)流場與溫度場分布出現(xiàn)上述問題的原因是現(xiàn)有立式氟化爐的進(jìn)氣口位置、爐內(nèi)膽結(jié)構(gòu)、盛料盤結(jié)構(gòu)以及集氣罩結(jié)構(gòu)存在缺陷,對上述各結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)后得到兩種改進(jìn)結(jié)構(gòu)爐型,通過對兩種改進(jìn)結(jié)構(gòu)爐型... 

【文章來源】：江西理工大學(xué)江西省

【文章頁數(shù)】：70 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

固定床式氟化爐結(jié)構(gòu)示意圖

圖 1.2 立式稀土氟化爐一 圖 1.3 立式稀土氟化爐二氣罩；2-爐內(nèi)膽；3-電阻絲加熱層；4-保溫5-爐外殼；6-進(jìn)氣管；7-外層氣體分散器；8-內(nèi)層氣體分散器；9-盛料盤1-集氣罩；2-爐內(nèi)膽；3-電阻絲加熱層；4-保溫層；5-爐外殼；6-進(jìn)氣管；7-支撐架；8-分流管；9-噴氣口；10-盛料盤零維模型直接把整個爐內(nèi)區(qū)域作為一個整體來分析，認(rèn)為爐內(nèi)的溫度場是均勻分布零維模型實際上只是一種理想化的模型，但零維模型處理問題比較簡便，需要的的資源比較少，因此在處理一些精度要求較低的情況時零維模型依舊被廣泛使用。一維模型是指對爐體內(nèi)的流體流動方向進(jìn)行分段處理，在計算時認(rèn)為每段內(nèi)的溫度是均勻的，其實質(zhì)上就是將爐內(nèi)所有區(qū)域分為多個零維模型區(qū)域。一維模型占用的資源也比較少，但求解精度要高于零維模型。二維模型是在一維模型的基礎(chǔ)上，將與氣體流動相垂直的方向的溫度變化也納入考圍，其占用的計算資源比一維模型要多。三維模型就是在爐內(nèi)建立三維空間坐標(biāo)系，從三個方向?qū)t體進(jìn)行網(wǎng)格劃分將爐體為多個計算單元，并分別對每個計算單元進(jìn)行求解，其精度很高。但在處理三維模所占用的計算資源太多，對計算機(jī)的性能要求很高。但計算機(jī)技術(shù)在當(dāng)今社會發(fā)展

圖 1.2 立式稀土氟化爐一 圖 1.3 立式稀土氟化爐二氣罩；2-爐內(nèi)膽；3-電阻絲加熱層；4-保溫5-爐外殼；6-進(jìn)氣管；7-外層氣體分散器；8-內(nèi)層氣體分散器；9-盛料盤1-集氣罩；2-爐內(nèi)膽；3-電阻絲加熱層；4-保溫層；5-爐外殼；6-進(jìn)氣管；7-支撐架；8-分流管；9-噴氣口；10-盛料盤零維模型直接把整個爐內(nèi)區(qū)域作為一個整體來分析，認(rèn)為爐內(nèi)的溫度場是均勻分布零維模型實際上只是一種理想化的模型，但零維模型處理問題比較簡便，需要的的資源比較少，因此在處理一些精度要求較低的情況時零維模型依舊被廣泛使用。一維模型是指對爐體內(nèi)的流體流動方向進(jìn)行分段處理，在計算時認(rèn)為每段內(nèi)的溫度是均勻的，其實質(zhì)上就是將爐內(nèi)所有區(qū)域分為多個零維模型區(qū)域。一維模型占用的資源也比較少，但求解精度要高于零維模型。二維模型是在一維模型的基礎(chǔ)上，將與氣體流動相垂直的方向的溫度變化也納入考圍，其占用的計算資源比一維模型要多。三維模型就是在爐內(nèi)建立三維空間坐標(biāo)系，從三個方向?qū)t體進(jìn)行網(wǎng)格劃分將爐體為多個計算單元，并分別對每個計算單元進(jìn)行求解，其精度很高。但在處理三維模所占用的計算資源太多，對計算機(jī)的性能要求很高。但計算機(jī)技術(shù)在當(dāng)今社會發(fā)展

【參考文獻(xiàn)】：
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博士論文
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碩士論文
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[3]氫氣直接還原豎爐還原段內(nèi)溫度場及流場研究[D]. 劉龍.燕山大學(xué) 2016
[4]基于溫度場的大型熱態(tài)軸類鍛件內(nèi)部空洞檢測研究[D]. 張雷強(qiáng).燕山大學(xué) 2016
[5]計算流體力學(xué)對膜生物反應(yīng)器的模擬與優(yōu)化研究[D]. 汪正霞.東華大學(xué) 2015
[6]多晶硅鑄錠爐熱場設(shè)計及計算機(jī)模擬[D]. 饒森林.南昌大學(xué) 2014
[7]內(nèi)熱式蒸汽回轉(zhuǎn)干燥機(jī)內(nèi)流場溫度場數(shù)值模擬[D]. 王飛.東北大學(xué) 2011
[8]軸向固定床反應(yīng)器內(nèi)流場和溫度場的數(shù)值模擬與分析[D]. 魏剛.昆明理工大學(xué) 2010
[9]滾珠軸承裝配流體分球原理的研究[D]. 周卓軍.江南大學(xué) 2009
[10]熱處理電爐多點(diǎn)溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D]. 孫永杰.哈爾濱理工大學(xué) 2009



本文編號：3342285