碳纳米管是具有圆柱管状纳米结构的碳的同素异形体,这是一种分子结构独一无二、碳原子间以共价键牢固结合的全新材料。目前全世界正在兴起制备碳纳米管纤维的热潮,主要制备方法有湿法纺丝、阵列纺丝和气相沉积纺丝,其中气相沉积纺丝法设备简单,碳源和催化剂等原料通过载气运输,在高温下迅速发生反应,纺丝速度快。近年来,国内外与碳纳米管纤维相关的文献着重于研究纤维的性能表征,而探究气相沉积反应过程的文章又多倾向于化学反应机理,缺乏对于纤维质量有重要影响的反应器内气体流场的细致描述和深入研究。采用传统实验方法进行研究,价格昂贵且耗费时间,而利用计算机对碳纳米管纤维反应器中的流场进行模拟,既可以缩短研究周期,还能降低研究成本。本论文以直立式碳纳米管纤维反应器中的流场为研究对象,主要做了以下三个部分的工作。第一部分是使用Fluent软件进行数值模拟计算的前期准备工作。首先构建了两种直立式碳纳米管纤维反应器内气体流场的二维模型:直筒进气管模型和喇叭状进气管模型,在Gambit软件中分别采用不同的划分方法得到了符合模拟要求的网格。接着建立了反应器内气体流场的数学模型,该模型首先判断出流动是层流,核心是由连续方程、动量方程、能量方程组成的控制方程组,以及可以简化运算的附面层方程,为流场数值模拟奠定基础。第二部分是使用Fluent软件对两种碳纳米管纤维反应器内的流场进行数值模拟。叙述了相关参数设置,对控制方程组进行了迭代求解,得到了速度场与温度场的分布情况,并分析了两种不同进气管结构对流场造成的差异化影响。模拟结果显示,两种模型中的速度场差异明显,而温度场比较相近。同时在两种流场的出口附近都出现了回流区,一定程度上支持了碳纳米管“袜筒”结构的“气流成形说”。第三部分是探究反应器几何参数对流场的影响。在反应器内部增设了一个圆柱型内套管,并且将气体属性随温度的变化纳入模型。模拟结果表明,内套管出口附近存在回流区,这一结果与实际观察到的上升烟气相符合,并且能够解释碳纳米管趋向于在反应器中心聚集生成的现象。此外还发现,内套管直径越小,气体轴向速度越大,速度下降得越缓慢,可形成更强的回流区,而对反应器温度场和尾端速度的影响很小。内套管长度对气体流场的影响较为复杂,会影响回流区的分布和中心区的温度。进气管直径对速度场的影响相当明显,直径越大,气流速度越快,形成的回流区更长,但中心区的气体温度会降低。综上所述,本文对直立式碳纳米管纤维反应器中的气体流场进行了建模和数值模拟,为纤维生成过程中发生的一些现象提供了一定的理论支撑,也为碳纳米管纤维气相沉积纺丝的后续研究奠定了一定的基础。