Modeling of the process of metallic tungsten fluorination
The most promising way to obtain wear-resistant coatings or the products made from refractory materials is the method based on the deposition of such materials from the gas-steam phase by reduction of their fluorides or chlorides. The first phase of this method is the obtaining of gaseous tungsten hexafluoride yielded by the reaction between fluorine gas and tungsten powder, which initiates at about 300°C. In this paper, a numerical calculation of the tungsten powder fluorination in a chemical reactor, whose working zone represented as a long channel of rectangular cross-section, is carried out. Passing through the active zone of the reactor, fluorine interacts with tungsten powder, and the process results in a tungsten hexafluoride formation. The aim of this work is to study the influence of the hydrodynamics and heat and mass transfer on the generation of gaseous hexafluoride of the metal. To clarify this effect, a numerical simulation of the system of three-dimensional Navier-Stokes equations and heat and mass transfer equations accounting for the presence of heterogeneous reaction on the lower face of working zone in the chemical reactor is implemented in this paper. In the problem considered, the fluid density is variable and depends only on the concentration of components in the mixture.
Keywords
вольфрам,
фтор,
гексафторид вольфрама,
фторирование,
математическая модель,
численный метод,
граничные условия,
полнота использования фтора,
tungsten,
fluorine,
tungsten hexafluoride,
fluorination,
mathematical model,
numerical method,
boundary conditions,
completeness of use of the fluorineAuthors
| Shvab Aleksandr V. | Tomsk State University | avshvab@inbox.ru |
| Brendakov Roman V. | Tomsk State University | brend989@gmail.com |
| Porokhnin Aleksandr Yu. | Tomsk State University | avshvab@lnbox.ru |
Всего: 3
References
Королев Ю.М., Столяров В.И. Восстановление фторидов тугоплавких металлов водородом. М.: Металлургия, 1981.
Jung-Hwan Рагк. Mathematical modeling for chemical vapor deposition in a single-wafer reactor: Application to low-pressure deposition of tungsten // Korean J. Chem. Eng. 2002. V. 19. No. 3. P. 391-399.
Брендаков В.Н., Демиденко А.А., Шваб А.В., Евсеев Н.С., Брендаков Р.В. Способ получения вольфрамового изделия послойным нанесением вольфрама и устройство для его осуществления // Патент РФ № 2641596. 2016.
Шваб А.В., Гичева Н.И. Моделирование свободной и вынужденной конвекции в вихревой камере химического реактора // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2017. № 5 (49). С.114-123. DOI: 10.17223/19988621/49/11.
Королев Ю.М. Осаждение вольфрама восстановлением его гексафторида водородом при стехиометрическом соотношении компонентов - экологически чистый процесс // Изв. вузов. Цвет. металлургия. 2015. № 1. С. 22-27.
Агноков Т.Ш., Королев Ю.М., Свидерский М.Ф., Соловьев В.Ф., Столяров В.И., Петранин Н.П., Победаш Н.В. Некоторые принципы моделирования реакторов для фторирования металлического вольфрама // Химия и технология молибдена и вольфрама. Нальчик: КБГУ, 1979. С. 18-24.
Brendakov R.V., Shvab A.V., Brendakov V.N. Engineering computational method of process of fluorination metal tungsten // MATEC Web of Conferences. Сер. Thermophysical Basis of Energy Technologies, TBET - 2016. 2016. С. 01066.
Brendakov R.V., Shvab A.V., Brendakov V.N. Mathematical modelling of process of fluoration of metal tungsten // MATEC Web of Conferences. Сер. Heat and Mass Transfer in the System of Thermal Modes of Energy - Technical and Technological Equipment, HMTTSC 2016. 2016. С. 01018.
Шваб А.В., Брендаков Р.В., Королев Ю.М., Брендаков В.Н. Математическая модель процесса фторирования металлического вольфрама газообразным фтором // Актуальные проблемы инновационного развития ядерных технологий. Проект «Прорыв»: Материалы конференции в рамках научной сессии НИЯУ МИФИ - 2015. Северск: Изд. СТИ МИЯУ МИФИ, 2015. С. 77.
Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Л.: Химия, 1981. 560 с.
Левич В.Г. Физико-химическая гидродинамика. М.: Физматлит, 1959. 699 с.
Брендаков В.Н., Шваб А.В., Брендаков Р.В. Инженерный метод расчета процесса фторидного передела тугоплавких металлов // Сб. научных трудов Всероссийской конференции. Заседания тематических секций по направлению «Инновационные ядерные технологии». 12 - 13 декабря 2016 г., Снежинск. М.: НИЯУ МИФИ; Снежинск: СФТИ НИЯУ МИФИ, 2016. С. 9-10.
Chorin A.J. Numerical solution of Navier - Stokes equations // Math. Comput. 1968. V. 22. P. 745-762.
Douglas J., Gunn J.E. A general formulation of alternating direction implicit methods. Part 1: Parabolic and hyperbolic problems // Numerische Math. 1964. B. 6. S. 428-453.
Петухов Б.С. Теплообмен и сопротивление при ламинарном течении жидкости в трубах. М.: Энергия. 1967. 411 с.
Королев Ю.М. Оптимизация фторирования порошка вольфрама фтором в реакторе с неподвижным слоем при обеспечении экологических требований // Изв. вузов. Цвет. металлургия. 2016. № 4. С. 23-33. DOI: dx.doi.org/10.17073/0021-3438-2016-4-23-33.
Брендаков В.Н., Шваб А.В., Брендаков Р.В. Математическое моделирование фторидной технологии передела тугоплавких металлов // Материалы V научного семинара «Моделирование технологий ядерного топливного цикла». 25-29 января 2016 г. РФЯЦ-ВНИИТФ, г. Снежинск. С. 7-8.
Шваб А.В., Брендаков Р.В., Завьялов Е.Д., Брендаков В.Н. Взаимодействие естественной и вынужденной конвекции в технологиях ядерно-топливного цикла // Вестник Национального исследовательского ядерного университета МИФИ. 2016. Т. 5. № 1. С. 53-58
Брендаков Р.В., Завьялов Е.Д. Статистическая оценка параметров процесса фторирования металлического вольфрама // VI Школа-конференция молодых атомщиков Сибири: сб. тез. и докл., 14-16 октября 2015 г. Томск: Изд. СТИ НИЯУ МИФИ, 2015. С. 79.
Королев Ю.М. Экологически чистый фторидный передел в технологии вольфрама. Обоснование технологического цикла с кругооборотом фтора и водорода // Изв. вузов. Цвет. металлургия. 2016. № 6. С. 29-41. DOI: dx.doi.org/10.17073/0021-3438-2016-6-29-41.
