有反向载气注入条件下等离子体反应器中传热与流动的二维数值模拟.pdfVIP

中国工程热物理学会 传热传质学 学术会议论文 编号：063053 有反向载气注入条件下等离子体反应器 中传热与流动的二维数值模拟木 吴贵清李和平包成玉 (清华人学丁程物理系，北京i00084) 1 Tel．：0 0E-mail：liheping@。tsinghua．edu．ca 摘要本文对有反向载气注入条件下等离予体反应器内的传热与流动特性进行了二维数值模拟．数 值计算结果表明，由于反向载气的注入，在等离子体发生器喷嘴出口与载气喷口之间的空间区域会形 成一个滞止层，而且该滞止层的位置随着反向注入的载气速度(流量)的增加向等离子体发生器出L] 移动，数值模拟结果与实验观察结果定性一致。 关键词热等离予体；反向载气；数值模拟 1引言 同温度接近于室温的酱通气体或燃烧气体相比，由于热等离子体条件下气体的温度 (或焓值)较高，从而可以使许多过去不能完成的：f艺过程在热等离子体条什。卜．得以实 现。在过去的几十年中，热等离子体在工业界得到了厂“泛应用，如等离子体焊接、切割、 喷涂、颗粒球化、超细粉合成等ll’引。等离子体反应器常被用来进行高熔点材料的球化、 分解、超细颗粒合成等。同传统的等离子体反应器(往往采用侧向载气注入的方式)相 比，采用反向载气注入方式，可以为颗粒|的合成提供更加良好的反应环境，如延颗粒 在等离子体反应器中的停留时间、合理控制反应气体局部温度及反应物浓度等13。5】。文 献[3，4]研究了液体反向注入条件下等离子体反应器中的传热与流动特性以及等离子体 中颗粒的运动轨迹和加热历程。近几年来，随着纳米科学与技术的发展，热等离子体在 纳米材料合成方面也得NTf。泛的应用。文献【5】采用冷气体反向注入的方法，进行了铝 纳米颗粒的合成实验，实验中采用冷气体反向注入方法的目的是对反应气体进行冷却和 稀释，减少颗粒的凝聚和长火，从而维持颗粒较小的尺度。实验研究表明，当高温的等 离子体射流和反向注入的冷气体的动量达剑平衡时，在等离子体发生器出口和反向冷气 体喷口之间的空间区域会形成一个滞止层，如图l所示pJ。对笛离子体反应器中复杂的 物理化学过程的控制，需要详细了解反应器中高温气体的传热与流动特性以及被加热颗 粒的运动轨迹和加热历科【¨。本文对如图l所示的等离子体反应器中的传热与流动特性 进行了_二维数值模拟，预测了不同反向冷气体注入条什下滞．I卜．层的空间位置。 ‘固家自然科学堆会资助项目(No· 852 E i f I ： I I l卜fm I 4“ I ；32 l I