【摘要】：碳納米管材料因其良好的性能而廣受關注。然而,受限于碳納米管的合成成本使之不能廣受應用,燃燒法合成碳納米管的出現(xiàn),使得低成本、大規(guī)模、連續(xù)地合成碳納米管成為可能。本文通過模擬計算的方法研究了預混合燃燒器的結構對火焰形態(tài)的影響,選取了最優(yōu)化的預混合燃燒器結構進行實驗,并分析了影響合成碳納米管的主要因素,得到了合成碳納米管的最佳工藝條件。本文以數(shù)值模擬的方法,利用COMSOL軟件對不同結構下燃燒器模型進行計算,并將計算所得最佳結構的燃燒器安裝搭建;利用CHEMKIN軟件對不同條件下的預混火焰模擬計算,得到合成碳納米管的最佳工況和取樣高度。同時,將計算結果和實驗數(shù)據(jù)相驗證,證明了計算結果的合理性,為燃燒法合成碳納米管提供一定的預測作用。具體結論如下:(1)通過COMSOL軟件建立了進氣孔徑分別為26mm、4.0mm、3.0mm、2.0mm、1.0mm的三維燃燒器模型,由模型計算結果的對比分析可以得出,預混合燃燒器銅盤進氣孔徑的最佳值為1.0mm,在此結構下預混火焰的質量最高,同一水平面的溫度、反應物濃度等條件最為均一。(2)在進氣孔徑為1.0mm的燃燒器模型中,計算了乙炔和氧氣的當量比、進氣流量、惰性氣體含量、壓力等對燃燒狀態(tài)的影響。由此可得到合成碳納米管時最佳火焰形態(tài)的工藝條件為:壓力為6000[Pa],反應物當量比為1.4,進氣流量為1.2*10~(-5)[m~3/s],惰性氣體氬氣的含量為0.2。(3)在上述最佳火焰形態(tài)的工藝條件下,通過CHEMKIN軟件計算了軸線上CO、H_2、C、OH、H、HCCO、HCO、CH_3等各中間組分的濃度分布,由此預測出最佳的取樣高度在12mm~16mm之間。(4)通過實驗研究了火焰形態(tài)、當量比、進氣流量、惰性氣體的含量對合成過程中溫度的影響,驗證了三維燃燒模型的合理性,得出最優(yōu)的實驗工藝條件與模擬分析結果相一致。同時,實驗證明了催化劑的存在對碳納米管的合成有著關鍵性的作用。
【學位授予單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TB383.1;TQ127.11

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本文編號：2690180