文档介绍：谨以
高温电加热过程模拟与优化的研究力‘『.;.≯∥学位论文完成日期:指导教师签字:答辩委员会成员签字:
学位敝作者签名励剐签字吼驯年歹月形日翩繇稠厶嘞学位论文作者签名:厉易刚签字日期:’测陖月必日签字日期::奎拦亘窒蚱渌逃沟难换蛑な槭本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含未获得用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,并同意以下事项⒀S腥ūA舨⑾蚬矣泄夭棵呕蚧顾徒宦畚牡母从〖痛排蹋市论文被查阅和借阅。⒀?梢越宦畚牡娜ú炕虿糠帜谌荼嗳胗泄厥菘饨屑焖鳎梢采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权清华大学“中国学术期刊馀贪电子杂志社糜诔霭婧捅嗳隒吨泄J蹲试醋芸狻罚授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》。C艿难宦畚脑诮饷芎笫视帽臼谌ㄊ
建立了二维传热一渗流耦合的有限元模型;结合炉体和部件的应力和形变情况,又建立了三维的传热一形变一应力耦合的有限元模型。因为炉料由多种颗粒组成,采用混合模型将其简化为分层拟均相模型,并采用修正的热逾渗理论模型进行描述。通过对直通电石墨化炉的有限元计算,并与现有文献比较,结果表明:本文所建立的传热有限元模型和多种颗粒组成炉料的有效导热系数的计算方法是有采用建立的传热有限元模型,对一有效宽高为.、炉芯宽高为×⒌:咛宸治隽寺诙奈露瘸》植肌⒉煌笨搪纤较呱衔露忍荻变化、热流密度变化情况,系统的考察了炉内产品产量和单位产品能耗随生产进行的变化趋势。结果表明产品产量随时间线性增长,单位产品能耗呈现从高到低,然后平稳,最后上升的变化趋势。考察炉芯表面温度可知其与产品能耗密切相关。能耗较低的平稳阶段对应于从炉芯表面温度上出现了℃温度点,到全部表面温度均超过℃。这意味着该阶段是炉芯热效率最高的阶段。炉芯表面完全达到碳化硅分解温度的时刻,正是能耗较低产量较高的时刻,因此也是生产停效的。
炉的最佳时刻。对温度梯度和热流密度进行分析,发现温度梯度最大的阶段出现在合成碳化硅的温度区域内,而且随着时间增长炉表面散热的热流密度也增长。缏侍馐翘蓟杪衅袢悦挥型耆ń饩龅奈侍狻1疚挠τ么热一渗流耦合的有限元模型,分别系统地考察了正常生产条件、增大炉芯功率和增加密度导致渗流系数变小三种条件下,炉底气体压力和炉表气体流量变化。发现了喷炉的具体原因:炉料配置不合理,导致气体渗流系数变小。功率过高,导致化学反应过快造成炉产生的气体不能及时渗透出去。ǖ缂谔蓟杌蚴ɑ讨校糠衷诼逋獠浚糠钟炉内高温物料接触,并且自身也会通电发热。为考察电极在这种情况下是否发生损坏,应用传热一形变一应力耦合的有限元模型进行过程分析。具体考察了电极内部和外部的温度分布、电极的整体形变和电极的主应力分布的情况。结果显示:凸出炉体外部电极表面温度不超过,不会发生氧化反应导致的损耗;电极整体温差小于℃,不会因为热应力和体积力作用导致电极发生形变。因此电极在正常生产条件下不会发生损坏现象。为进一步加强电极保护,根据计算结果提出了电极保护涂层的厚度的工艺方案。为解决现有艾奇逊碳化硅炉生产能耗高、有喷炉安全隐患的问题。本文以系统过程工程理论为指导,应用传热一渗流耦合有限元模型,对有效宽高⒙究砀.×⒌。作者将生产过程分为三个阶段:生产前期,热能主要用于炉体预热、碳化硅合成尚未开始或反应微弱,该过程应尽快完成以减少散热损失。生产中期,炉料开始反应到炉芯表面局部达到℃,该阶段应尽快完成,但要注意避免发生喷炉。生产后期,从炉芯表面局部达到到全部超过的阶段,该阶段应在保证碳化硅继续生产的同时控制碳化硅的分解和炉表的散热。在对三个阶段分析基础上,以喷炉压力为主要限制条件,建立以能耗最小化为目标函数的优化模型和简化的优化策略,获得了优化的功率曲线。计算结果表明应用优化的功率曲线可避免喷炉发生;选择不同的停炉时间,可分别获得能耗降低约デ也吭黾%和增产约%且能耗降低约サ牧街纸嫌诺慕峁现有文献表明,石墨化炉和碳化硅炉由于炉料预热和炉表散热,单炉热效率仅为%左右,热损失巨大。在对两炉有限元分析的基础上,提出了直通电石墨中国海洋大学
化炉联产碳化的新工艺,以上述单位体积炉芯负荷为唧/的炉型为例。研究表明:扣除石墨生产耗能后,生产碳化硅的能耗为原碳化硅炉的%,产量为—%;此外联产炉还减少了总的废气排放;为解决现有炉型保温效果不佳、通气性差容易发生喷炉、产品品质不高、能