窄筛分大粒径颗粒流态化特性的研究

发布时间：2017-10-23 07:31

  本文关键词：窄筛分大粒径颗粒流态化特性的研究

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【摘要】：气固流化床用于多晶硅合成已成为目前研究的热点。在多晶硅生成过程中,开始加入流化床的硅颗粒粒径很小,随着反应的进行,硅颗粒的粒径逐渐增大,流化过程也逐渐发生改变。因而,颗粒增大到什么程度才从反应器中取出就有待商榷。本文研究窄筛分大粒径颗粒的流态化过程就是为了解决这类问题,并且,本文为了避免反应过程中的壁面沉积而加入了内构件。实验证明,内构件的加入对颗粒流态化产生较为明显的强化效果。本文主要从数值模拟和实验研究这两方面来研究窄筛分大粒径颗粒的流动规律,以便找出大粒径颗粒与小粒径颗粒的流动差别,进而强化大粒径颗粒的流化过程。(1)实验部分:实验物料是玻璃微珠,选取1~6粒径段窄筛分大粒径颗粒玻璃微珠和一组宽筛分玻璃微珠作为样品,研究了窄筛分大粒径颗粒流化过程中的气泡运动规律、轴向固含量的分布规律、局部固含率分布规律、床层气含率的变化等。实验结果证明:沿整个流化床高度方向,颗粒轴向固含量为“下浓上稀”的分布规律;气泡的聚合和破碎的频率,气泡的尺寸;颗粒固含率随轴向高度的增加而降低,密相区径向固含率曲线会变成中心低、两边高的变化趋势,在床层稀相区,中心区域的固含率最大,边壁处最小,并且随着进气气速的增大更加明显;内构件对颗粒流态化产生较为明显的强化效果。(2)模拟部分:本文利用计算流体力学的CFD工具软件,运用Eulerian气固多相流模型及SIMPLE算法来对以窄筛分小粒径颗粒和大粒径颗粒为床料的流化床来进行模拟研究。通过以下几个方面:颗粒瞬时体积分数的分布规律、固体颗粒瞬时流场分布、颗粒时均体积分数沿床高的变化、颗粒径向和轴向的时均速度分布规律、流化气速对床内颗粒体积分数的影响规律、颗粒粒径对床内颗粒体积分数的影响规律、床层压降的变化规律等来对比研究颗粒的流动规律。对比实验情况来分析窄筛分大粒径颗粒的流化状态。
【关键词】：多晶硅 化学气相沉积 数值模拟 加热板内构件
【学位授予单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O613.72;TQ021.1
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-11
• 前言11-13
• 1 文献综述13-31
• 1.1 流态化多晶硅CVD原理13-14
• 1.2 无定形硅粉成核机理14-17
• 1.3 实验影响因素17
• 1.3.1 制备多晶硅的主要影响因素17
• 1.4 流态化基本理论17-26
• 1.4.1 流态化17-18
• 1.4.2 流态化类型18-21
• 1.4.2.1 流化过程19-20
• 1.4.2.2 流态化技术优点20-21
• 1.4.2.3 流态化技术的局限性21
• 1.4.3 流化床中的气泡及其行为21-24
• 1.4.3.1 气泡的结构21-22
• 1.4.3.2 气泡在流化床中上升的速度22-23
• 1.4.3.3 气泡的尺寸23-24
• 1.4.3.4 气泡的作用24
• 1.4.3.5 气泡的测定方法24
• 1.4.4 流化床中常见的异常现象24-25
• 1.4.4.1 腾涌24-25
• 1.4.4.2 大气泡25
• 1.4.5 压力脉动25-26
• 1.4.5.1 压力脉动25-26
• 1.4.5.2 分析压力脉动的方法26
• 1.5 测量方法26-28
• 1.5.1 压力和压差的测量27
• 1.5.2 气泡行为的测量27
• 1.5.3 颗粒浓度的测量27-28
• 1.5.4 气体速度的测量28
• 1.6 流化床中的传递过程28-29
• 1.6.1 流化床中的传质28-29
• 1.7 本文创新点29-31
• 2 实验设备与方法31-43
• 2.1 实验设备及测量系统31-40
• 2.1.1 实验装置和系统简介31-32
• 2.1.2 流化床床体32-34
• 2.1.3 尾气处理装置34-35
• 2.1.4 抽样系统35-37
• 2.1.5 压力脉动采集系统37-40
• 2.2 实验物料特性40-41
• 2.3 实验参数的确定41-42
• 2.3.1 最小流化速度41
• 2.3.2 终端速度41-42
• 2.3.3 操作气速42
• 2.4 实验步骤42
• 2.5 本章小结42-43
• 3 窄筛分大粒径颗粒的流化过程43-63
• 3.1 流化床内大粒径颗粒浓度分布43-50
• 3.1.1 流化床内轴向固含量分布43-47
• 3.1.2 流化床内局部颗粒固含率47-50
• 3.2 流态化曲线50-55
• 3.3 流化床床层固含率55-56
• 3.4 窄筛分流化床内气泡的运动规律56-62
• 3.4.1 压力脉动信号56-62
• 3.5 本章小结62-63
• 4 多相流模型的建立63-73
• 4.1 控制方程63-65
• 4.1.1 体积分数63
• 4.1.2 质量守恒方程63-64
• 4.1.3 动量守恒方程64-65
• 4.2 本构方程65-70
• 4.2.1 相间交换系数65-67
• 4.2.2 固体压力67-68
• 4.2.3 径向分布函数68
• 4.2.4 固体剪切粘度68-69
• 4.2.5 固体体积粘度69
• 4.2.6 颗粒温度69-70
• 4.3 数值模拟方法70-71
• 4.3.1 控制方程的离散70
• 4.3.2 相间压力和速度的求解方法70-71
• 4.4 本章小结71-73
• 5 流化床的模拟研究73-93
• 5.1 几何模型73-74
• 5.2 物料性质74
• 5.3 初始条件和边界条件的设置74-76
• 5.4 结果讨论与分析76-92
• 5.4.1 床内颗粒瞬时体积分数分布77-79
• 5.4.2 床内固体颗粒瞬时流场分布79-80
• 5.4.3 颗粒时均体积分数沿床高的变化80-82
• 5.4.4 颗粒径向和轴向的时均速度分布82-86
• 5.4.5 流化气速对床内颗粒体积分数的影响86-88
• 5.4.6 颗粒粒径对床内颗粒体积分数的影响88-90
• 5.4.7 床层压降90-92
• 5.5 本章小结92-93
• 6 内构件对颗粒流化过程的强化93-103
• 6.1 内构件对气泡行为影响规律的研究94-97
• 6.1.1 气泡流动模拟94-95
• 6.1.2 模拟径向体积分数95-96
• 6.1.3 压力脉动信号的功率谱分析96-97
• 6.2 流化床内轴向固含量97-98
• 6.3 流化床床层气含率98-99
• 6.4 流化床的床层压降99-100
• 6.5 本章小结100-103
• 结论与展望103-107
• 参考文献107-111
• 附录111-115
• 致谢115-117
• 攻读学位期间发表的学术论文目录117-118

【参考文献】

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本文编号：1082207