论文摘要
纳米TiO2具有催化活性高、稳定性好、廉价无毒等优点,在污水处理、净化空气、金属防腐等方面有着非常广阔的应用前景。研究低成本、高质量的纳米TiO2合成技术和纳米TiO2的应用日益受到科学家们的重视。本文研究了以甲烷为燃料,空气为氧化剂,TiCl4为原料的燃烧法合成纳米TiO2的技术,改变实验操作参数,得到了不同甲烷/空气摩尔比、不同TiCl4流量下的纳米TiO2产品,并利用扫描电镜和X射线衍射对颗粒的形貌和晶体结构进行了表征,得到了颗粒尺寸分布特征和样品中的物相组成情况等。实验结果表明制得的纳米TiO2大部分为锐钛矿,含有少量的金红石,粒径主要分布在50nm70nm,讨论了实验操作参数对颗粒形貌和晶形的影响。建立燃烧法合成纳米TiO2颗粒的数学模型,对实验过程进行数值模拟。在标准壁面函数和非平衡壁面函数处理条件下,采用Standard k-ε、RNG k-ε和RSM三种湍流模型对甲烷燃烧时的湍流扩散火焰进行数值模拟,得出非平衡壁面函数下RNG k-ε湍流模型的模拟结果与实验中观测到的结果最接近,在此模型基础上,把TiO2当作一种准气体,模拟计算通入TiCl4后的火焰场和物质浓度场。假定TiCl4在瞬间反应,全部转化为TiO2单体分子,把颗粒动力学与计算流体力学相结合,对颗粒长大过程进行了数值模拟,得到了燃烧器不同截面上的颗粒数密度和颗粒直径,分析了影响颗粒形成的主要因素,并把模拟结果与实验结果进行了对比。
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摘要ABSTRACT创新点摘要前言2的性质及其制备方法'>第一章 纳米TiO2的性质及其制备方法1.1 纳米材料的特性1.1.1 小尺寸效应1.1.2 量子尺寸效应1.1.3 表面效应1.1.4 宏观量子隧道效应2的性质及应用'>1.2 纳米TiO2的性质及应用2的生产现状及制备方法'>1.3 纳米TiO2的生产现状及制备方法2的生产现状'>1.3.1 纳米TiO2的生产现状2的制备方法'>1.3.2 纳米TiO2的制备方法1.4 本章小结2的实验研究'>第二章 燃烧法合成纳米TiO2的实验研究2.1 实验装置2.2 实验原理2.2.1 粒子形成理论2.2.2 反应过程描述2.3 实验步骤及实验操作参数2的表征'>2.4 纳米TiO2的表征2.4.1 颗粒形貌及粒径分布2.4.2 氧化钛物相分析2.5 实验结果分析2.5.1 甲烷/空气摩尔比的影响4 流量的影响'>2.5.2 TiCl4流量的影响2.6 本章小结2的数值模拟'>第三章 燃烧法合成纳米TiO2的数值模拟3.1 CFD 基础3.2 火焰模拟计算中的控制方程3.2.1 质量守恒方程3.2.2 动量守恒方程3.2.3 组分守恒方程3.2.4 能量守恒方程3.3 湍流模型3.3.1 k-ε模型3.3.2 Reynolds 应力方程模型（RSM）3.3.3 壁面函数法3.4 辐射模型3.5 甲烷燃烧火焰的数值模拟3.5.1 物理模型的建立及网格划分3.5.2 物性的选取3.5.3 边界条件3.5.4 初步计算后网格的细化3.6 甲烷燃烧火焰的模拟结果4后火焰的数值计算'>3.7 通入TiCL4后火焰的数值计算3.8 本章小结2颗粒生长的数值模拟'>第四章 纳米TiO2颗粒生长的数值模拟4.1 颗粒动力学模型4.1.1 SDM 颗粒动力学模型4.1.2 POC 颗粒动力学模型4.1.3 积分碰撞模型4.2 颗粒动力学与计算流体力学结合4.3 模拟结果分析4.3.1 火焰结构的模拟结果4.3.2 火焰结构对颗粒形成的影响4.3.3 颗粒尺寸分布的模拟结果4.4 本章小结结论参考文献发表文章目录致谢详细摘要
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标签：燃烧法论文; 纳米颗粒论文; 湍流扩散火焰论文; 数值模拟论文; 颗粒动力学论文;
