Reduzierte kinetische Modelle für die Abscheidung von Kohlenstoff aus der Gasphase

从气相捕获碳的简化动力学模型

• 批准号: 58345291
• 负责人: Professor Dr. Ulrich Maas
• 金额: --
• 依托单位: Institut für Technische Thermodynamik (ITT)
• 依托单位国家: 德国
• 项目类别: Research Grants
• 财政年份: 2008
• 资助国家: 德国
• 起止时间: 2007-12-31 至 2011-12-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/58345291?language=en
• 关键词: Reduzierte; kinetische; Modelle; die; Abscheidung

Gegenstand dieses Vorhabens sind Modellreduktionsstrategien für die chemische Kinetik bei der Gasphasenabscheidung (CVD) und chemischen Gasphaseninfiltration (CVI) von Kohlenstoff, wobei verschiedene Systeme mit den Hauptkomponenten CH4, C2H4, C2H2 und C3H6 beispielhaft als Eduktgase betrachtet werden sollen. Ausgehend von detaillierten Reaktionsmechanismen für die Gasphasenkinetik und die Deposition werden reduzierte kinetische Modelle entwickelt, die dann zur Simulation des Gesamtsystems in CFD-Programmen (CFD – Computational Fluid Dynamics) implementiert werden.Die chemische Kinetik der Abscheidung von Kohlenstoff aus der Gasphase beinhaltet eine sehr große Anzahl verschiedener chemischer Spezies, die in mehreren tausend Elementarreaktionen miteinander reagieren. Da das zu lösende System von Erhaltungsgleichungen eine sehr hohe Dimension aufweist und zusätzlich die stark unterschiedlichen Zeitskalen eine Steifheit des Differentialgleichungssystems bedingen, verbietet sich eine detaillierte Simulation wegen des nicht zu bewältigenden Rechenzeitaufwandes. Das Ziel des beantragten Projektes ist deshalb, ausgehend von detaillierten Reaktionsmechanismen (sowohl für die Gasphasen- als auch für die Oberflächenprozesse) reduzierte Modelle abzuleiten, die die kinetischen Prozesse zuverlässig abbilden, jedoch zugleich einfach genug sind, um bei der numerischen Simulation effizient eingesetzt werden zu können. Hierzu soll eine zeitskalenbasierte Dimensionsreduktion der chemischen Kinetik unter Verwendung des Verfahrens der intrinsischen niedrigdimensionalen Mannigfaltigkeiten (intrinsic low-dimensional manifolds, ILDM) und verschiedenen Varianten des Verfahrens vorgenommen werden, bei dem nur der detaillierte Mechanismus, sowie der Grad der Vereinfachung bekannt sein müssen, während die Modellreduktion durch eine Entkoppelung der schnellen und langsamen Zeitskalen automatisch erfolgt. In Vorarbeiten wurde die Dynamik der chemischen Reaktionen bei der Gasphasenabscheidung von Kohlenstoff untersucht. Basierend auf den Ergebnissen, die zeigen, dass das System eine große Zeitskalenseparation aufweist, sollen im beantragten Projekt automatische Entkoppelungsverfahren für die langsamen und schnellen Zeitskalen, sowie Implementierungsstrategien für die reduzierten Modelle in CFD-Programmen entwickelt werden. Ziel ist die Bereitstellung reduzierter Kinetiken für den CVI/CVD-Prozess, die die chemische Kinetik in Abhängigkeit von wenigen Reaktionsfortschrittsvariablen beschreiben und dann zur Simulation und Optimierung von CVI und CVD-Prozessen genutzt werden.

气相萃取 (CVD) 和化学气相渗滤 (CVI) 的化学动力学模型还原策略 beispielhaft als Eduktgase betrachtet werden sollen.详细了解气相动力学和沉积的反应机制，以还原运动模型，并在 CFD 程序（CFD – 计算流体动力学）中对整体系统进行模拟。实施化学动力学。 Kohlenstoff aus der Gasphase beinhaltet eine sehr große Anzahl verschiedener chemischer Spezies, die in mehreren tausend Elementarreaktionen miteinander reagieren. Da das zu lösende System von Erhaltungsgleichungen eine sehr hohe Dimension aufweist und zusätzlich die stark unterschiedlichen Zeitskalen eine Steifheit des Differentialgleichungssystems bedingen, verbietet sich eineDetaillierte 模拟我们从不存在的情况 Rechenzeitaufwandes。 Das Ziel des beantragten Projektes ist deshalb, ausgehend vonDetaillierten Reaktionsmechanismen (sowohl für die Gasphasen- als auch für die Oberflächenprozesse) reduzierte Modelle abzuleiten, die die kinetischen Prozesse zuverlässig abbilden, jedoch zugleich einfach genug sind，um bei der numerischen 模拟效率 eingesetzt werden zu können。 Hierzu soll eine zeitskalenbasierte Dimensionsreduktion der Verfahrens der Verfahrens der intrinsischen niedrigDimensionen Mannigfaltigkeiten (内在低维流形，ILDM) 和 verschiedenen Varianten des Verfahrens vorgenommen werden, bei dem nur der 详细介绍机械装置、联合机构的等级以及自动执行过程中的模型还原。在本文中，我们讨论了气体反应的动态化学反应。基本情况、设计、系统大尺寸分离、解决方案自动执行和模型设计、实施模型简化策略 CFD 程序位于韦尔登。它是 CVI/CVD 工艺的简化动力学、化学动力学中的化学动力学反应变量以及 CVI 和 CVD 工艺的模拟和优化。