论文摘要
本文从电化学反应器优化实际问题出发,借助计算流体力学(CFD),完成针对电化学反应器(锌溴液流电池单体和滚筒电镀槽)的流场优化与结构改进的工作。通过对FLUENT模拟结果分析,大大节省了电化学反应器流场优化和结构改进的时间和成本。本文研究结果证明了计算流体力学可以广泛应用在电化学反应器的优化与设计领域。锌溴液流电池是一种具有巨大应用潜力的氧化还原液流电池,锌溴液流电池的一些特性与其电解液的流动状态密切相关,尤其是在阴极金属锌沉积侧,流体均匀分布在整个反应区域是保证锌溴液流电池稳定运行的必备条件。同时为提高电池的性能,需要有效地传输反应物到反应表面,从而增大反应表面反应物的浓度。由于电池流道狭小的结构特点,在线测量受到极大限制,因此选择利用CFD技术,通过模拟流场状态,针对影响流场分布的电池结构进行改进设计,即可得到优化的电池结构。在微电子器件制造领域,滚镀得到广泛的应用,因为借助这种工艺可以大批量地对器件镀金,且镀金品质较高。由于滚镀电镀方式的原因,并不是每个器件在电镀过程所处的电镀环境条件相同,因此会出现镀层厚度散布方面的问题。良好的厚度散布不仅可以节约成本,同时提高了产品合格率,整体品质得到提高。改善镀金层厚度散布的研究对实际生产就显得十分有意义。在电镀研究中,电流分布问题一直是研究的主要内容,电流的均匀分布是影响电镀效率和制品性能的关键因素,而电流分布取决于电位分布及电解液中反应物的局部浓度、电导率,电位分布则与电极的形状及相互位置、距离及电极的极化特性有关。传质常与化学反应共存,影响着化学反应过程,甚至成为化学反应的控制因素。掌握传质过程的规律,了解传质的情况,具有十分重要的意义。本文利用CFD技术完成对滚镀电镀槽内部流场的整体认识,得出粒子在内部流场的运动整体行为,这对于电镀工艺的改进工作具有重要的指导意义。通过对电化学反应器的CFD模拟和结果分析,本文认为计算流体力学可以作为一种有效的手段,应用于电化学反应器的结构优化设计领域。