【摘 要】
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火焰气相沉积法(FCVD)具有工艺简单、成本较低、产品纯度高、球形度高、粒径可控等优点，是近年来纳米颗粒材料，特别是纳米陶瓷颗粒材料研究与开发的主要制备术之一。该方法中，纳米颗粒在燃烧过程中生成，所以燃烧火焰决定着颗粒的尺寸、形貌和结构，而研究表明尺寸、形貌和结构决定了纳米颗粒的、电、光、流动、烧结等性能，对于TiO2颗粒，还影响其光催化特性。因此，准确地描述燃烧过程，可以为研究颗粒的生成提供正确
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火焰气相沉积法(FCVD)具有工艺简单、成本较低、产品纯度高、球形度高、粒径可控等优点，是近年来纳米颗粒材料，特别是纳米陶瓷颗粒材料研究与开发的主要制备术之一。该方法中，纳米颗粒在燃烧过程中生成，所以燃烧火焰决定着颗粒的尺寸、形貌和结构，而研究表明尺寸、形貌和结构决定了纳米颗粒的、电、光、流动、烧结等性能，对于TiO2颗粒，还影响其光催化特性。因此，准确地描述燃烧过程，可以为研究颗粒的生成提供正确的前提条件。
本文在前人工业丙烷/空气火焰CVD法制备TiO2纳米颗粒实验工作的基础上，通过数值方法研究纳米TiO2颗粒材料的尺寸特征，采用FLUENT 6.3版本对火焰CVD法制备TiO2纳米颗粒的过程进行了详细反应的数值模拟，并将计算结果在颗粒产生过程，颗粒积累尺寸分布、平均粒径、相对尺寸分布宽度方面与实验结果作了比较。
考虑到颗粒作为分散相量很小，模拟过程中忽略其对流场的影响，在此假设下，模拟工作主要分为两部分：
第一部分是燃烧过程的模拟。运用EDC湍流燃烧模型结合国外Casimir的丙烷燃烧详细反应机理对四个工况进行多步反应数值模拟，分别从速度分布，火焰温度，组分分布及火焰长度方面与实验结果进行了比较，表明模拟结果与实验结果基本吻合；在速度矢量图中，我们发现有局部回流，可以通过调整结构改善流场；与一步反应的模拟结果进行比较，表明多步反应模拟在火焰温度、火焰长度方面更加合理；组分分布方面，得到一步反应模拟得不到的信息；在此基础上，还研究燃烧过程中的一些中间产物，对这些产物的生成发展过程进行分析，分析结果与实际相符。总之，多步反应模拟可以更好地反映燃烧过程，为颗粒长大模拟提供正确的前提。
第二部分是颗粒长大过程模拟。建立相关的流体动力学模型和颗粒动力学模型，本文主要将积分碰撞频率颗粒动力学模型加入到Fluent软件中，对颗粒生长过程进行模拟。模拟结果表明该模型所反映的颗粒生成过程与实际情况相符，完整地反映了实验观察不到的颗粒长大过程，并且得出出口处颗粒直径沿径向分布规律；对于积分碰撞频率模型的三种假设，在颗粒体积数守恒(nv=c)的情况下，模拟结果与实验结果基本吻合；而在颗粒表面积守恒(na=c)和颗粒nd2.5=c守恒的条件下，模拟结果与实验结果偏差较大。从而确定了nv=c模型的合理性，为今后数值研究颗粒制备过程提供了方向。
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