真空高温热解炉多均匀化温度优化设计北大核心CSCD

真空高温热解炉是一种研究基元反应的实验装置,其炉内的高温使分子分解成不同的小分子自由基等中间体,中间体再继续反应生成复杂的反应产物。传统热解炉的恒温区只有整个加热区长度的三分之一左右,且炉管末端温度下降过快,导致小分子自由基等中间体在温度的变化下继续发生反应,不利于反应动力学测量。通过COMSOL仿真软件对热解炉内部加热情况进行有限元仿真模拟,并通过热解装置对仿真结果进行实验验证。采用改变主要加热区的电阻丝缠绕密度,以及增加炉管末端出口额外后加热区的方法,实现热解炉内大比例恒温区占比,恒温区比例甚至可以达到加热区长度的80%,以及入口升温迅速、出口降温缓慢可控的效果,大大改善了热解炉内部加热情况,利于在炉管末端取样测量,便于研究基元反应动力学。优化后的新型热解炉也可以应用于其他领域,例如一些材料的热处理、加工、制备、烧结、焊接和镀膜等方面,温度分布的优化对其同样具有重要意义。