立式稀土氟化炉内流场及温度场工程优化与应用
发布时间：2021-08-14 10:18
目前工业生产中制备高纯度氟化稀土最重要的设备之一就是立式稀土氟化炉,它是一种典型的高温气固反应器。目前使用的立式稀土氟化炉炉内存在气体流速不均匀、炉内温度分布差异较大的现象,因此导致炉内整体氟化效率低。本文采用CFD计算流体动力学方法并结合ANSYS FLUENT软件对现有立式氟化炉炉内的流场和温度场进行研究分析并找出其存在的结构缺陷,之后对现有立式氟化炉结构参数进行改进后得到两种改进结构炉型,通过分析得出两种改进炉型相对于现有炉型的优越性。具体工作如下:（1）建立现有立式氟化炉数学物理模型并用FLUENT软件对其流场与温度场进行求解,研究结果表明:现有立式氟化炉内存在较多的气体涡流死区,气体流动停滞现象比较严重,氟化氢气体不能快速流向上部反应区域参加氟化反应,同时炉内的温度波动比较大,仅有上半部分区域能达到氟化反应的理想温度范围,而炉底部存在比较大的低温区域,所以炉内整体氟化效率较低。（2）通过分析得出造成炉内流场与温度场分布出现上述问题的原因是现有立式氟化炉的进气口位置、炉内胆结构、盛料盘结构以及集气罩结构存在缺陷,对上述各结构进行改进后得到两种改进结构炉型,通过对两种改进结构炉型...
【文章来源】：江西理工大学江西省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
固定床式氟化炉结构示意图
图 1.2 立式稀土氟化炉一 图 1.3 立式稀土氟化炉二气罩；2-炉内胆；3-电阻丝加热层；4-保温5-炉外壳；6-进气管；7-外层气体分散器；8-内层气体分散器；9-盛料盘1-集气罩；2-炉内胆；3-电阻丝加热层；4-保温层；5-炉外壳；6-进气管；7-支撑架；8-分流管；9-喷气口；10-盛料盘零维模型直接把整个炉内区域作为一个整体来分析，认为炉内的温度场是均匀分布零维模型实际上只是一种理想化的模型，但零维模型处理问题比较简便，需要的的资源比较少，因此在处理一些精度要求较低的情况时零维模型依旧被广泛使用。一维模型是指对炉体内的流体流动方向进行分段处理，在计算时认为每段内的温度是均匀的，其实质上就是将炉内所有区域分为多个零维模型区域。一维模型占用的资源也比较少，但求解精度要高于零维模型。二维模型是在一维模型的基础上，将与气体流动相垂直的方向的温度变化也纳入考围，其占用的计算资源比一维模型要多。三维模型就是在炉内建立三维空间坐标系，从三个方向对炉体进行网格划分将炉体为多个计算单元，并分别对每个计算单元进行求解，其精度很高。但在处理三维模所占用的计算资源太多，对计算机的性能要求很高。但计算机技术在当今社会发展
图 1.2 立式稀土氟化炉一 图 1.3 立式稀土氟化炉二气罩；2-炉内胆；3-电阻丝加热层；4-保温5-炉外壳；6-进气管；7-外层气体分散器；8-内层气体分散器；9-盛料盘1-集气罩；2-炉内胆；3-电阻丝加热层；4-保温层；5-炉外壳；6-进气管；7-支撑架；8-分流管；9-喷气口；10-盛料盘零维模型直接把整个炉内区域作为一个整体来分析，认为炉内的温度场是均匀分布零维模型实际上只是一种理想化的模型，但零维模型处理问题比较简便，需要的的资源比较少，因此在处理一些精度要求较低的情况时零维模型依旧被广泛使用。一维模型是指对炉体内的流体流动方向进行分段处理，在计算时认为每段内的温度是均匀的，其实质上就是将炉内所有区域分为多个零维模型区域。一维模型占用的资源也比较少，但求解精度要高于零维模型。二维模型是在一维模型的基础上，将与气体流动相垂直的方向的温度变化也纳入考围，其占用的计算资源比一维模型要多。三维模型就是在炉内建立三维空间坐标系，从三个方向对炉体进行网格划分将炉体为多个计算单元，并分别对每个计算单元进行求解，其精度很高。但在处理三维模所占用的计算资源太多，对计算机的性能要求很高。但计算机技术在当今社会发展
【参考文献】：
期刊论文
[1]流体运动场中的力学问题及其解法[J]. 段毅文,张馨颖. 内蒙古石油化工. 2014(23)
[2]外场红外辐射标定方法研究[J]. 李满良,胡小春,甄小龙,俸新虎. 遥测遥控. 2014(06)
[3]大型固定床反应器气体预分布器的结构参数对气流分布的影响[J]. 俞志楠,钟思青,王莉,周靖. 石油化工. 2014(07)
[4]氟化稀土制备技术及市场分析[J]. 刘龙平,李冬永. 化工生产与技术. 2013(06)
[5]基于红外热像仪的物体表面发射率测量方法[J]. 白敬晨,于庆波,胡贤忠,王浩. 东北大学学报(自然科学版). 2013(12)
[6]浅析列管式换热器传热系数的影响因素[J]. 薛强,黄丽平. 广州化工. 2013(17)
[7]稀土氟化物纳/微米材料的水热合成、形成机理和发光性质[J]. 林君,李春霞. 发光学报. 2011(06)
[8]氟化氢气体法制备氟化钕热力学计算及实验[J]. 尹祖平,琚建勇,刘云义. 包钢科技. 2010(01)
[9]HF气体制备氟化（镨）钕产业化研究[J]. 尹祖平,徐志广,贾恩泽,梁行方,琚建勇,蔡曙光. 稀土. 2010(01)
[10]氟化镨钕制备方法研究比较[J]. 尹祖平,高浩军,琚建勇. 包钢科技. 2009(06)
博士论文
[1]粘弹性流体基纳米流体湍流流动与换热特性研究[D]. 阳倦成.哈尔滨工业大学 2013
[2]大型立式淬火炉温度分布参数系统控制策略研究和应用[D]. 周璇.中南大学 2006
硕士论文
[1]多晶硅还原炉流场与温度场数值仿真研究[D]. 刘启新.武汉工程大学 2016
[2]稀土氟化气流场与氟化炉装备结构参数关系研究[D]. 邹金萍.江西理工大学 2016
[3]氢气直接还原竖炉还原段内温度场及流场研究[D]. 刘龙.燕山大学 2016
[4]基于温度场的大型热态轴类锻件内部空洞检测研究[D]. 张雷强.燕山大学 2016
[5]计算流体力学对膜生物反应器的模拟与优化研究[D]. 汪正霞.东华大学 2015
[6]多晶硅铸锭炉热场设计及计算机模拟[D]. 饶森林.南昌大学 2014
[7]内热式蒸汽回转干燥机内流场温度场数值模拟[D]. 王飞.东北大学 2011
[8]轴向固定床反应器内流场和温度场的数值模拟与分析[D]. 魏刚.昆明理工大学 2010
[9]滚珠轴承装配流体分球原理的研究[D]. 周卓军.江南大学 2009
[10]热处理电炉多点温度控制系统的设计与实现[D]. 孙永杰.哈尔滨理工大学 2009
本文编号：3342285
【文章来源】：江西理工大学江西省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
固定床式氟化炉结构示意图
图 1.2 立式稀土氟化炉一 图 1.3 立式稀土氟化炉二气罩；2-炉内胆；3-电阻丝加热层；4-保温5-炉外壳；6-进气管；7-外层气体分散器；8-内层气体分散器；9-盛料盘1-集气罩；2-炉内胆；3-电阻丝加热层；4-保温层；5-炉外壳；6-进气管；7-支撑架；8-分流管；9-喷气口；10-盛料盘零维模型直接把整个炉内区域作为一个整体来分析，认为炉内的温度场是均匀分布零维模型实际上只是一种理想化的模型，但零维模型处理问题比较简便，需要的的资源比较少，因此在处理一些精度要求较低的情况时零维模型依旧被广泛使用。一维模型是指对炉体内的流体流动方向进行分段处理，在计算时认为每段内的温度是均匀的，其实质上就是将炉内所有区域分为多个零维模型区域。一维模型占用的资源也比较少，但求解精度要高于零维模型。二维模型是在一维模型的基础上，将与气体流动相垂直的方向的温度变化也纳入考围，其占用的计算资源比一维模型要多。三维模型就是在炉内建立三维空间坐标系，从三个方向对炉体进行网格划分将炉体为多个计算单元，并分别对每个计算单元进行求解，其精度很高。但在处理三维模所占用的计算资源太多，对计算机的性能要求很高。但计算机技术在当今社会发展
图 1.2 立式稀土氟化炉一 图 1.3 立式稀土氟化炉二气罩；2-炉内胆；3-电阻丝加热层；4-保温5-炉外壳；6-进气管；7-外层气体分散器；8-内层气体分散器；9-盛料盘1-集气罩；2-炉内胆；3-电阻丝加热层；4-保温层；5-炉外壳；6-进气管；7-支撑架；8-分流管；9-喷气口；10-盛料盘零维模型直接把整个炉内区域作为一个整体来分析，认为炉内的温度场是均匀分布零维模型实际上只是一种理想化的模型，但零维模型处理问题比较简便，需要的的资源比较少，因此在处理一些精度要求较低的情况时零维模型依旧被广泛使用。一维模型是指对炉体内的流体流动方向进行分段处理，在计算时认为每段内的温度是均匀的，其实质上就是将炉内所有区域分为多个零维模型区域。一维模型占用的资源也比较少，但求解精度要高于零维模型。二维模型是在一维模型的基础上，将与气体流动相垂直的方向的温度变化也纳入考围，其占用的计算资源比一维模型要多。三维模型就是在炉内建立三维空间坐标系，从三个方向对炉体进行网格划分将炉体为多个计算单元，并分别对每个计算单元进行求解，其精度很高。但在处理三维模所占用的计算资源太多，对计算机的性能要求很高。但计算机技术在当今社会发展
【参考文献】：
期刊论文
[1]流体运动场中的力学问题及其解法[J]. 段毅文,张馨颖. 内蒙古石油化工. 2014(23)
[2]外场红外辐射标定方法研究[J]. 李满良,胡小春,甄小龙,俸新虎. 遥测遥控. 2014(06)
[3]大型固定床反应器气体预分布器的结构参数对气流分布的影响[J]. 俞志楠,钟思青,王莉,周靖. 石油化工. 2014(07)
[4]氟化稀土制备技术及市场分析[J]. 刘龙平,李冬永. 化工生产与技术. 2013(06)
[5]基于红外热像仪的物体表面发射率测量方法[J]. 白敬晨,于庆波,胡贤忠,王浩. 东北大学学报(自然科学版). 2013(12)
[6]浅析列管式换热器传热系数的影响因素[J]. 薛强,黄丽平. 广州化工. 2013(17)
[7]稀土氟化物纳/微米材料的水热合成、形成机理和发光性质[J]. 林君,李春霞. 发光学报. 2011(06)
[8]氟化氢气体法制备氟化钕热力学计算及实验[J]. 尹祖平,琚建勇,刘云义. 包钢科技. 2010(01)
[9]HF气体制备氟化（镨）钕产业化研究[J]. 尹祖平,徐志广,贾恩泽,梁行方,琚建勇,蔡曙光. 稀土. 2010(01)
[10]氟化镨钕制备方法研究比较[J]. 尹祖平,高浩军,琚建勇. 包钢科技. 2009(06)
博士论文
[1]粘弹性流体基纳米流体湍流流动与换热特性研究[D]. 阳倦成.哈尔滨工业大学 2013
[2]大型立式淬火炉温度分布参数系统控制策略研究和应用[D]. 周璇.中南大学 2006
硕士论文
[1]多晶硅还原炉流场与温度场数值仿真研究[D]. 刘启新.武汉工程大学 2016
[2]稀土氟化气流场与氟化炉装备结构参数关系研究[D]. 邹金萍.江西理工大学 2016
[3]氢气直接还原竖炉还原段内温度场及流场研究[D]. 刘龙.燕山大学 2016
[4]基于温度场的大型热态轴类锻件内部空洞检测研究[D]. 张雷强.燕山大学 2016
[5]计算流体力学对膜生物反应器的模拟与优化研究[D]. 汪正霞.东华大学 2015
[6]多晶硅铸锭炉热场设计及计算机模拟[D]. 饶森林.南昌大学 2014
[7]内热式蒸汽回转干燥机内流场温度场数值模拟[D]. 王飞.东北大学 2011
[8]轴向固定床反应器内流场和温度场的数值模拟与分析[D]. 魏刚.昆明理工大学 2010
[9]滚珠轴承装配流体分球原理的研究[D]. 周卓军.江南大学 2009
[10]热处理电炉多点温度控制系统的设计与实现[D]. 孙永杰.哈尔滨理工大学 2009
本文编号：3342285
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