硅粉氮化输送床内气固反应过程数值模拟

尹少武; 张朝; 康鹏; 韩嘉维; 王立

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硅粉氮化输送床内气固反应过程数值模拟

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以单个硅颗粒氮化反应缩核模型为基础,本文建立了硅颗粒在输送床内反应、辐射与对流传热耦合的数学模型,并借助CFD软件FLUENT对输送床内能质传输过程进行了数值模拟,分析了输送床壁面温度、氮气流量、预热温度、硅粉粒径等因素对输送床内温度场和硅粉氮化率的影响。在数值计算域内将单个颗粒反应过程转化为颗粒群整体反应过程,实时监测颗粒粒径及未反应硅颗粒粒径,为数值模拟颗粒流反应提供一种新思路。当壁面温度高于1723K时,输送床内会出现一高温区加速硅粉氮化反应;反应温度越高、颗粒粒径越小,氮化过程越剧烈,硅粉到达完全氮化所需时间越短。模型表明为使粒径为2.5μm的硅粉达到完全氮化且输送床内最高温度不超过氮化硅的分解温度2173K,应控制输送床壁面温度在1773K,氮化时间在170s以上,预热温度在1273K,粉气质量比为0.2,稀释剂比例为0.5~1。

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来源
《化工进展》 |2022年第5期|2256-2267|共12页
作者
尹少武; 张朝; 康鹏; 韩嘉维; 王立;
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作者单位

北京科技大学能源与环境工程学院;

北京科技大学冶金工业节能减排北京市重点实验室;

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正文语种 chi
中图分类传热学;
关键词
氮化硅; 能质传输; 颗粒流; 数值模拟; 流态化; 直接氮化; 输送床;

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