标题 | CVD腔室流体换热计算 |
范文 | 陈英男 摘 要:CVD 腔室需维持一定的温度来保证工艺环境稳定及防止工艺气体冷凝。流体加热因相对电加热而言有更好的柔性,而被较多的采用。本文结合CVD腔室的流体换热计算过程,描述流体换热的影响因素,可用于换热系统的设计选型及参数调节。并可推广至其他类似的流体换热设备。 关键词:压力;流量;换热;流体;计算 CVD 腔室需维持一定的温度来保证工艺环境稳定及防止工艺气体冷凝。流体加热相对电加热而言有更好的柔性,当腔室温度低时流体对其加热,当工艺进行时腔室温度升高,流体对其冷却。因电加热无法实现冷却,及其加热、控温系统较复杂。所以流体加热被较多的采用。本文结合CVD腔室的流体换热计算过程,描述流体换热的影响因素。可用于换热系统的设计选型及参数调节。流体换热计算主要包括流体压力、流量及热计算。计算需从一个已知条件开始,如管路长度、直径等管路信息,及管道入口压力或流量等信息。可先根据经验设定,计算完成后依据计算结果进行修正,并重新计算。一般先假定流量求解压力损失。 1 压力损失计算 流体在流动过程中会产生较大的压力损失,总的压力损失由沿程阻力损失、局部阻力损失和高度压力损失组成。 2 沿程阻力损失计算 计算时先根据已知信息计算相对粗糙度n 和雷诺数 Re,再根据Re与n的值在莫迪图中找出λ的值。CVD设备常用的光滑钢管、铜管等k值在0.01—0.05(mm),橡胶管k值在0.01—0.03(mm)。不同流动状态时λ的影响因素如下: 层流区(Re≤2000),λ 仅与Re有关(λ=64/Re)与n无关。过渡区(2000≤Re≤4000),层流转向紊流转变的区域,流态不稳定,如保持层流则λ随Re增大而减小,如是湍流则λ 随Re增大而增大。与n无关。湍流区(4000≤Re),当n一定时,λ随Re增大而减小,Re增大到某一程度后,λ的值下降缓慢。当 Re 一定时,λ随n的增加而增大。阻力平方区又称完全湍流区,λ与n有关与Re无关,此时沿程阻力与速度平方成正比,该区域更有利于传质及传热。沿程阻力损失可选择两条途径来降低:一是改善流体外部边界对流动的影响,如降低管壁粗糙度等;再是在流体内加少量添加剂,影响流体运动的内部结构来实现减阻。 3 局部阻力损失计算 4 高度压力损失计算 5 流量计算 6 腔体换热计算 7 结语 流体力学和传热学是理论性比较强又系统的两个学科,很难掌握两门学科的精髓融会贯通。工程中又有很多關于流体及传热的应用。希望能有更加简洁、实用的方法完善现有理论,应用于工程实践。 参考文献: [1]张兆顺,崔桂香.流体力学[M].北京:清华大学出版社,1998. [2]王洪伟.我所理解的流体力学[M].北京:国防工业出版社,2014. [3][美]E.约翰芬纳莫尔,等.流体力学及其工程应用[M].北京:机械工业出版社,2005. [4][美]弗兰克P.英克鲁佩勒,等.传热和传质基本原理[M].北京:化学工业出版社,2015. [5]杨世铭,陶文铨.传热学[M].北京:高等教育出版社,2006. [6]刘宝兴.工程热力学[M].北京:机械工业出版社,2006. |
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