稀土电解槽内双电层-温度场耦合数值模拟

运用数值模拟软件COMSOL,建立10 kA底部阴极稀土电解槽阳极插入深度一定时电解槽双电层、温度场的耦合模型。对比稀土电解槽内双电层-温度场耦合前后模拟结果发现,耦合前后双电层电势分布形态基本一致,其数值没有明显差别;温度场的分布形态发生变化,温度分布均在阴阳极之间达到最高,并且耦合后出现高温逐渐下移现象,耦合前后其电解主要区域最高温差约3℃。根据双电层-温度场耦合数值模拟结果,为优化底部阴极电解槽的参数提供理论依据,加快电解槽的设计和开发。     

稀土电解槽三维电场耦合数值模拟研究

以稀土熔盐电解槽为对象,取COMSOLE软件进行有限元的模拟计算,从模拟结果中可以看出,电解槽电场的分布基本上能够分成三大区域,耦合前后,发现电场在阴阳极之间的分布与耦合前相比比较混杂,耦合前后额分布数值之间存在0.03的差别。     

辅热式15 kA稀土电解槽电场和热场的仿真分析

市面上中、小型稀土电解槽存在效率低、底部金属易凝结、产量小等不足。以15 kA稀土电解槽为研究对象,先探究外部铺设辅热装置能否改善电流密度分布和提升温度,再探究辅热位置和辅热温度对电解槽的电场和热场的影响,建立辅热前后电解槽的电热场三维仿真模型,观察电热场分布情况。结果表明,电解槽外部铺设辅热装置能有效改善电流密度分布,阴极底部最大电流密度有效提升,同时槽内温度有所提升,高温面积增大,有利于电解反应高效持续进行。在电解槽下部铺设辅热设备,并设置辅热温度为1310 K时,阴阳极间电流密度最大,且分布均匀;有利于提升电解效率;同时底部坩埚保持较高温度,可减少稀土金属在坩埚内凝结沉积。     

15 kA稀土电解槽阴阳极中心距对槽内电热场影响的模拟分析

为了解决稀土电解槽内热场分布不均匀的问题,建立15kA稀土电解槽三维模型并对模型的阴阳极中心距进行调整,同时利用COMSOL软件对不同阴阳极中心距下的电解槽内电热场进行模拟分析,从而得到电解槽内三维电热场的分布情况。结果表明:电解槽内高温等值面随着阴阳极中心距的增大不断朝电解槽中心移动,右侧阴极的最高等温面逐渐缩小并从阳极脱落,而左侧阴极附近最高等温面不断扩大并向电解槽中心移动;随着阴阳极中心距的增大,电解槽内最大电流密度的变化未出现明显规律,在阴阳极中心距d=33 mm时达到极大值,此时高温等值面分布也最为均匀;最佳电解槽阴阳极中心距为33mm。     

稀土熔盐电解槽电场的数值模拟

利用有限元软件ANSYS建立了稀土电解槽的电极及熔体整体电场数学模型。对电解槽的电极插入不同深度及不同极间距的电场进行了数值模拟,得出了电解槽的电位及电流密度分布和电位及电流密度在电极表面的分布曲线,为熔盐稀土电解槽其他场的分析提供了更准确的边界条件。     

稀土电解槽温度场的模拟分析与研究

以15kA稀土电解槽为研究对象,利用COMSOL软件中的电热耦合模块对稀土电解槽的温度场进行模拟,对稀土电解槽内的温度分布规律进行分析。研究结果表明:稀土电解槽内横向温度分布为圆弧形阳极与其相邻的阴极之间温度最高,阴极与阴极之间温度稍低,纵向温度分布是从上至下先升高再降低。     

10kA底部阴极稀土电解槽的电场仿真

针对上插阴阳极式稀土电解槽存在结构缺陷、耗能大、生产效率低等问题,设计了一种10kA底部阴极稀土电解槽,利用ANSYS仿真软件研究了电解槽阴极半径和阴阳极距变化对电解槽电场的影响,以及对电解槽熔体电位的影响。结果表明:电解槽的阴极半径在65~70cm之间、极距在14cm以下时,电位等势线平行分布,电流线分布均匀,反应区热量均匀,有利于生产效率提高和能耗降低,电解槽设计合理。研究结果可作为此类型电解槽结构优化设计参考依据。     

阴、阳极结构优化对稀土电解槽电热场的影响

针对稀土电解槽中阳极消耗后变形及阴极棒底部电流密度过大导致电热场分布不合理的现象,本文以某企业8 kA稀土电解槽为研究对象,运用COMSOL多物理场耦合软件对阳极倾角和阴极结构同时优化后的模型进行了三维电热场的模拟,并对电解槽的电热场分布进行分析研究。结果表明：在阴极棒底部优化成半球形结构后,阴极底部电流密度降低,且电解槽的下半部分电场分布更为均匀,改善了电解槽的局部过热的情况;阳极倾角适当增大,可以使槽内电压降低,高温区域向槽底转移;在阴极底部半球形结构条件下,当阳极倾角为8°、插入深度为320 mm时,电热场分布最为合理。     

60kA底部阴极稀土电解槽电场数值模拟

以60kA底部阴极电解槽为研究对象,利用有限元软件建立了稀土电解槽的三维电场数学模型,对90、100、110、120mm几种不同极距工况下稀土电解槽电场分布情况进行模拟,并对模拟结果进行了分析;结果表明100mm为最佳极间距。     

60kA沉浸式稀土电解槽电场的数值模拟

通过计算设计开发新型60kA沉浸式稀土电解槽的基本尺寸结构,并采用数值模拟软件建立了该电解槽的三维电场计算模型。对60~100mm几种不同极距工况下电解槽电场分布情况进行模拟。通过对电场电压的分析可以发现最佳电极间距为70mm,为该槽型的推广应用提供了理论基础。     

稀土电解槽三维电场和温度场的分析研究

以6 kA稀土熔盐电解槽为研究对象,采用COMSOL Multiphysics多物理场耦合软件,建立稀土熔盐电解槽三维电场和温度场的数学模型进行计算和分析。分析得出:稀土熔盐电解槽内电场分布以阴极与阳极之间电势梯度最大,电势线较为密集;温度场以阴极和阳极中间区域为主要发热区,说明电解发生区域主要集中在阴极与阳极中间。     

电极插入不同深度下稀土电解槽电热场耦合模拟

运用数值模拟软件COMSOL研究了不同电极插入深度下3kA钕电解槽的电热场。结果表明,电解槽槽电压随着阴阳极插入深度的递增而降低,槽体的整体温度随着阴阳极插入深度的增加而下降。结合实际生产经验与本研究结果,认为电极插入深度220mm比较适宜,且整个电解过程相对稳定,能够达到槽体电压、温度分布等方面的要求。     

10kA底部阴极稀土熔盐电解槽电场的模拟

针对当前上插阴、阳极结构稀土熔盐电解槽存在的一些弊端,设计了10kA底部阴极电解槽,并用有限元ANSYS软件对该槽型中的电场进行了数值模拟,得到三种极距下电场的电位及电场强度分布,发现该槽型的设计是合理的.     

6kA新型铈电解槽内电磁场的数值模拟

针对6kA新型铈电解槽结构,建立数学模型与物理模型,根据Maxwell电磁场方程和Biot-Savart定律,运用COMSOL模拟软件进行电场和磁场的有限元模拟,考察电解槽内电场和磁场的分布情况。研究表明,阴阳极之间是电解的主要区域,也是电流产生的磁场的主要分布区域,并且磁场分布在圆周方向上,径向和轴向的分量为零。     

60kA底部阴极稀土电解槽极距的模拟优化

以60kA底部阴极稀土电解槽为模型,利用CFD软件模拟极距分别为80、90、100、110和120mm时,阳极表面气体的运动速度和阴阳极之间气体的分布,并对模拟结果进行分析。结果表明,最佳极距为110mm。     

基于电热场耦合条件下稀土电解槽电极结构优化模拟

以3kA钕电解槽为研究模型,考虑到电热场在电解过程中的相互影响,运用COMSOL有限元模拟软件建立了的电热耦合模型,并对不同配比的电极插入深度、极间距进行仿真模拟。结果表明,在一定槽电压下,电极插入深度与极间距之间存在配比关系,配比关系影响电流和温度分布。电热场耦合后,在4.2V槽电压下,电极插入深度为220 mm、极间距75 mm时的电流效率较高,电解过程更加稳定。     

稀土电解槽流场-电场耦合数值模拟

为了研究稀土电解槽阳极生成气体对电场影响,利用CFD软件二次开发功能建立气-液两相流场-电场耦合模型,首次提出将电场电导率与阳极气体气含率关系相结合的稀土电解槽流场-电场耦合数值模拟,并对比有无阳极气体气含率影响的电场电势云图及流场分布情况,研究发现,稀土电解槽阳极生成大量气体并在阳极表面形成动态气层,使得阳极附近熔盐扰动较为剧烈,其气液两相流区域的熔盐与阳极生成气体的混合相电导率受气体波动影响发生变化,熔体内部电场分布受到阳极生成气体影响,通过获取阳极深度175 mm、250 mm、300mm、350 mm、395 mm处的阳极生成气体气含率分布情况,发现气液混合相区域电导率随阳极生成气体气含率增高而增高,阳极上部生成气体气含率及动态气层厚度大于阳极下部,阳极气体气含率的熔体内部电场阳极上部电压降快于下部,电场等势线整体呈斜型分布,阳极上部部分区域电场等势线受到生成气体扰动影响呈现波动,同X坐标下槽内熔体电压上部小于下部,而电解槽底部由于为单相区,该处电场分布并未受到阳极气体直接影响。     

稀土电解槽电场对阳极气体气含率分布影响的数值模拟

为了研究稀土电解槽内电场对阳极生成气体气含率的影响,本文利用FLUENT软件二次开发功能建立稀土电解槽电场模型,以此为基础进行了稀土电解槽电场与阳极气体气含率相关联数值模拟,并对比了有无加载电场模型的阳极气体气含率分布情况。研究发现,在阳极高度相同时未加载电场模型的阳极气体气含率均小于加载电场模型的阳极气体气含率,在阳极高度为0.250m时有无加载电场模型的阳极气体气含率差值最大,而后差值随阳极高度增大而减小,该发现更符合稀土电解槽运行的真实情况,为大型稀土电解槽的开发提供了理论依据。     

稀土熔盐电解槽电场的仿真模拟

利用有限元软件ANSYS具有的多重单元、多重属性的特点,建立了稀土电解槽的电极及熔体整体电场数学模型。对电解槽的电极插入不同深度及不同极间距的电场进行了仿真模拟,得出了槽电压及电位分布与电极插入不同深度及不同极间距的关系。     

铝电解槽阴阳极热力分析仿真研究

铝电解是高能耗行业,节能降耗一直是铝电解行业致力研究的课题。借助大型通用有限元分析软件ANSYS,建立铝电解槽阴阳极热结构模型,对铝电解槽阴阳极的热场、应力场进行了数值仿真研究,为降低阴阳极接触电压提供数据支持。仿真结果表明：铝电解槽阴阳极的高温部分集中在阳极炭块底部和阴极中部。而应力集中在阴极底部接触部分,应力最小的地方在阳极炭碗部分。