流動層グリッドゾ-ンにおける局所的反応のシミュレ-ション

1990 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 02650699
• 研究機関: 成蹊大学
• 研究代表者: 小島 紀徳 成蹊大学, 工学部, 助教授 (10150286)
• キーワード: 流動層 / グリッドゾ-ン / シミュレ-ション / 粒子速度 / トレ-サ-ガス / ガス濃度分布 / モデル化

研究概要

1、流動層コ-ルドモデル実験と流動モデルの開発 現有の内径50mm、80mmのノズル/コ-ン型ガス送入口を有する流動層に加え、内径150mmの流動層を新たに設計し、製作にとりかかった。従来の50mmのデ-タに加え、80mmの装置について既に確立したジェット部における局所粒子挙動測定法を用い、相互相関法により速度を、また信号強度からホ-ルドアップの測定を行った。従来報告されているジェット形状の推算式、ジェットからアニュラスへのガス流入とアニュラスからジェットへの粒子の流入デ-タを基礎に、ジェット内の運動量収支から粒子平均流速、ホ-ルドアップを算出し、実測値に基づいたモデルを開発した。現在、スケ-ルの影響をも考慮したモデルに改良している。
2、熱及び物質移動の定式化、高温反応装置内におけるガス挙動と局所的反応の測定、及びモデルへの組み込み ジェットとアニュラス部とのガス交換について50・80mmの装置を主として用い、測定を行った。トレ-サ-としてヘリウムを用い、TCDガスクロを用いて検出した。トレ-サ-をノズルカ5のガスに混合し、送入したときの濃度分布をガスサンプル法により測定を開始し、塔径50mmのものについては測定を完了した。現在、塔径80mmのものについてデ-タの取り込みを開始したところである。塔径50mmにおける得られたジェット付近の局所的ガス交換係数分布をモデルに組み込んだとこめ、平板型ガス送入口に対しては、推算値モデルとほぼ一致したが、コ-ン型ガス送入口に対しては、推算値と大きく異なる傾向を示した。コ-ン型ガス送入口を用いた場合、平板型と比較し、より複雑なガス流れが存在することが確認された。また、現有の高温モデルを用いた反応条件下のガス交換及び反応率測定についてはデ-タを蓄積しつつある。また、熱移動についても測定を行い、モデルに組み込む予定である。

研究成果

• [文献書誌] T.KOJIMA,T.KIMURA,M.MATSUKATA: "Development of Numerical Model for Reactions in Fluidized Bed Grid Zone ーApplication to Chemical Vapor Deposition of Polycrystalline Silicon by Monosilane Pyrolysis" Chemical Engineering Science. 45. 2527-2534 (1990)
• [文献書誌] 木村 匡、小島 紀徳: "流動層CVDによる多結晶シリコン製造におけるグリッドゾ-ンの寄与の推算 ーSiH_4/Ar系ー" 化学工学論文集. 17. 81-87 (1991)
• [文献書誌] T.Kimura,K,Horiuchi,T.Watanabe M.Matsukata,T.Kojima: "Behavior of Gas and solids in a Jetting Fluidized Bed Grid Zone" Proc.of The 4th Chin ーJapan Fluidization Conference.(1991)
• [文献書誌] T.Kimura.T.Kojima: "Numerical Model of a Fluidized Bed Reactor for Polycrystalline Silicon Production ーEstimation of CVD and Fines Formationー" Journal de Physique. (1991)
• [文献書誌] T.Kojima,T.Kimura M.Matsukata: "Modeling and Computer Simulation of a Fluidized Bed Grid Zone and its Application to Production of Polycrystalline Silicon via CVD" Proc.of Asian Pacific Confederation of Chemical Engineering 5th Congress. 2″-22-2″-28 (1990)