ВВЕДЕНИЕ 6
I. ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКАЯ ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
1.1 Физическая постановка задачи 7
1.2 Математическая постановка задачи в переменных «скорость-давление» 8
1.3 Граничные условия задачи в переменных «скорость-давление» 10
1.4 Математическая постановка задачи в переменных «вихрь-функция тока» 15
1.5 Граничные условия задачи в переменных «вихрь-функция тока» 16
П. ЧИСЛЕННЫЙ МЕТОД РЕШЕНИЯ
2.1 Численный метод решения задачи 18
III. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ЧИСЛЕННЫХ РАСЧЕТОВ
3.1 Достоверность полученных результатов. Метод Гамеля 21
3.2 Исследование влияния режимных и геометрических параметров на картину течения ... 24-
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 35
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 36
С развитием химической, космической и атомной промышленности усилилась потребность в использовании тугоплавких металлов. Их химические соединения с другими металлами имеют низкую плотность и обладают высокой жаропрочностью. Коррозионная стойкость тугоплавких металлов, также используется в атомной и космической отрасли. Например, покрытия из ниобия обладает высокой стойкостью к окислению. Кроме того, покрытия на его основе являются износостойкими. Одним из самых востребованных в разных областях промышленности тугоплавких металлов является вольфрам. С его помощью получают нержавеющую сталь для изготовления газовых турбин, ракетных двигателей, боеприпасов, а также в ряде других отраслях. Однако из-за тугоплавкости этого металла получение вольфрама и придание изделиям из него нужной формы весьма затруднено. Также весьма существенной проблемой является способы утилизации непригодного вольфрама. Проблема переработки вольфрам-содержащих отходов имеет важное экономическое значение. С одной стороны, данные отходы угрожают окружающей среде, с другой содержат большое количество ценного металла, который является отличным сырьём для производства новых материалов. В химической технологии одним из наиболее перспективных методов является метод очищения вольфрама путем фторирования вольфрам-содержащих отходов [4]. Так как разработка и оптимизация новых высокоэффективных процессов в настоящее время невозможна без использования современных методов математического моделирования, было принято решение построить численную модель данного процесса. Оригинальность данной работы заключается в том, что зона химического реактора, куда после этапа фторирования подают смесь газов водорода и гексафторида вольфрама, расположена вертикально. После осаждения вольфрама из парогазовой фазы в процессе химической реакции фтористый водород удаляется из реактора и очищенный вольфрам оседает на подложку. В данной работе рассматривается второй этап этого процесса.
Целью работы является математическое моделирование аэродинамики и тепломассопереноса с учетом гетерогенной химической реакции осаждения вольфрама из парогазовой фазы, разработку программных кодов численного решения, представленной математической модели, а также параметрическое исследование рассмотренных процессов.
В работе разработана оригинальная математическая модель, описывающая процесс газофазного формования в новой геометрии и получены новые численные результаты распределения переноса импульса, теплоты и вещества, а также представлены новые результаты по влиянию характерных параметров на процесс напыления тугоплавкого металла.
1. В работе проведено моделирование аэродинамики и тепломассопереноса в реакторе при наличии химической реакции восстановления гексафторида вольфрама водородом.
2. Задача решена двумя методами: в переменных «скорость-давление» и «вихрь- функция тока» как для одной, так и двух осей симметрии.
3. В результате решения задачи получены особенности распределения полей линий тока, температуры и концентрации в рабочей зоне химического реактора.
4. В работе рассмотрено два случая граничных условий: случай при постоянной температуре и переменном тепловом потоке.
5. Исследован процесс тепломассопереноса при вращении подложки на эффективность процесса восстановления гексафторида вольфрама водородом.
6. Достоверность работы подтверждается сравнением результатов численных расчетов задачи в переменных «скорость-давления» и «вихрь-функция тока», сеточной сходимостью и аналитическим решением Гамеля для частного режима течения.
7. Представленная математическая модель может быть использована для выявления физических особенностей аэродинамики и тепломассопереноса при наличии химической реакции, а также для разработки новых конструкций химических реакторов и оптимизации геометрических и режимных параметров существующих установок.
