火焰中TiO2纳米颗粒凝结生长的数值模拟研究

"TiO2纳米颗粒在火焰中凝结长大的数值模拟 (2008年)" 本文详细探讨了利用数值模拟方法研究TiO2纳米颗粒在火焰中凝结长大的过程。在这个研究中，研究人员结合流体动力学与颗粒动力学理论，通过商业CFD软件FLUENT来模拟丙烷与空气、四氯化钛与空气在湍流扩散火焰中的反应。FLUENT的用户定义函数(UDF)被用来编写C语言程序，以便引入颗粒学模型，进而预测颗粒尺寸的变化。 实验结果显示，温度是影响颗粒生长的关键因素。准确模拟湍流扩散火焰对于理解颗粒学模型计算的准确性至关重要。在FLUENT软件中，研究人员首先计算出丙烷与空气以及四氯化钛与空气的湍流火焰场，以此为基础进一步分析颗粒尺寸的变化。 通过分析计算结果，他们发现空气流率对火焰场的温度有显著影响，而较高的火焰温度更利于形成球形颗粒。此外，颗粒在火焰中停留的时间越长，生成的颗粒或聚集块的尺寸也越大。同时，气体的稀释效应对颗粒的成长也产生了一定的影响。 论文指出，火焰法制备纳米颗粒，尤其是采用工业丙烷作为燃料，TiCl4在高温火焰中氧化形成TiO2颗粒，这种方法因其工艺简单、球形度高、粒径可控、产品纯度高和热稳定性好而受到青睐。然而，在数值模拟中，没有考虑蒸发/凝结对颗粒成核的影响，而是假设颗粒通过碰撞凝并来增大尺寸。 作者们强调，火焰结构、氧化剂流量以及燃料流量等因素对纳米颗粒的生成和尺寸控制具有决定性作用。通过对不同操作条件下的模拟，可以深入理解这些因素如何影响最终的颗粒特性，为优化纳米颗粒的制备工艺提供理论依据。 关键词：火焰法；纳米颗粒；湍流扩散燃烧；颗粒动力学 中图分类号：TB34 文献标识码：A 收稿日期：2007-09-04；修回日期：2007-12-14。 作者简介：陈石（1961-），男，博士，副教授。