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。     

稀土电解槽内电-热场耦合数值模拟研究

针对3kA稀土Nd电解槽,运用数值模拟软件COMSOL,在阴极、阳极高度以及插入深度一定的情况下,建立电场、热场的耦合模型。通过对稀土电解槽内电-热场耦合前后模拟结果的对比,发现电场在阴阳极之间的分布较耦合前混乱,耦合前后其分布数值存在0.03V的差别;耦合前后热场的分布形态基本一致,温度分布均在阴阳极之间达到最高,但耦合后温度逐渐上移,耦合前后温度出现明显差别,其最高温度相差约24℃。稀土电解槽中这些物理场之间有一定的相互作用,进一步体现了耦合过程的合理性。     

不同保温层厚度下稀土电解槽电热场分析

目前,稀土熔盐电解法是制取稀土金属的主要工业生产方法之一,其中电解槽保温层是影响电解温度的重要条件之一。以赣州某企业8 kA稀土电解槽为研究对象,利用COMSOL软件进行模拟仿真,研究电解槽保温层厚度不同的情况下电解槽的温度场和电场参数,得到不同保温层厚度下电解槽温度场与电场的分布情况。结果表明：电解槽在电解过程中保温层壁面的温度差要远大于石墨坩埚壁面温度差,表明保温层在电解槽电解过程中起着主要的保温作用;随着保温层厚度的增大,电解区域的温度逐渐增加,温度梯度逐渐减小,温度场分布更均匀;电解槽的阴极表面电流密度先增大后减小,在保温层厚度为78 mm时,阴极表面电流密度达到最大值,即3.568×10⁴ A/m²,阴极表面电流密度越大则电解槽电解效率越高。结合电场和温度场分布结果得出,当电解槽保温层的厚度为78 mm时,电解槽的电解效率最高。     

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。     

基于Comsol的稀土熔盐电解槽温度场分析

采用Comsol Multiphysics有限元软件,基于传热学理论,研究建立了3KA稀土钕熔盐电解槽温度场数学模型,考察了电极插入深度、极距对槽内温度分布的影响。结果表明,电解槽内热源集中于电解槽中部,槽内温度沿纵向从上而下先升高后降低,横向从阴极到阳极不断下降;随着电极插入深度和极距的增加,槽内熔体温度升高,利于增大熔体流动性,但过高会使金属溶解,降低电流效率。综合考虑熔体流动性和电流效率,钕熔盐电解过程应控制适中的电极深度和极距。     

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。     

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。     

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。     

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。     

稀土电解槽电极的优化模拟

利用流体软件FLUENT,建立了稀土电解槽的阳极气泡及熔体整体流场数学模型。对电解槽的电极插入不同深度的流场进行了数值模拟,得出了电解槽的熔体整体流场分布图及在不同位置气体浓度分布曲线图。     

非均一极距对稀土电解多相流影响的数值模拟及实验验证

为了研究极距非均一性对电解槽电、热、流场的影响, 引入一个函数D表示极距的非均一性, 建立了极距非均一性数学模型, 模拟了非均一性极距下电场、温度场的分布规律, 以及计算了非均一性极距下的流场、气泡和金属液滴的分布状况。通过研究4种不同极距非均一性D, 分析可得:当D在1~1.48范围内增大时, 阴极两侧极间电流分布变化逐渐不对称, 发热量减小, 气泡含量及紊流强度发生改变, 且阴极稀土金属液在滴落的过程中, 偏离电解槽中心线角度为0°~30°, 但此时电解槽槽况稳定, 可以落入槽底的坩埚内; 当D=1.73时, 偏离角度为43°, 槽况恶劣, 此时稀土金属便不能落入坩埚内, 需要更换新阳极, 以保证正常电解。本文通过等距压降法对阳极电流分布进行测量, 并对比分析了实际电流测量值与模拟电流值, 其计算误差为2.7%~5.6%, 因此通过数值模拟可以反映出极距非均一性对阳极电流分布不均的影响, 为优化实际生产中的流程操作, 提高电解效率, 降低能耗提供保障。      

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。     

浸入水口对结晶器内温度场的影响

通过对南钢板坯浸入式水口侧孔出口角度、开口面积及150 mm×3250 mm结晶器内温度场进行的数值模拟,分析了浸入口角度、开口面积、插入深度、拉坯速度等因素对于结晶器内温度场的影响。     

熔盐电解制取稀土铈槽内流场的数值模拟

针对现场运行6 k A新型铈电解槽结构,采用VOF模型模拟方法模拟分析熔盐液面波动及流动分布情况。研究发现采用VOF模型能很好的再现生产电解槽液面波动情况,新型槽型结构有利于减少金属接收器上部回流区对金属液面的影响,熔体液面波动主要发生在电极的阳极和阴极之间,越靠近阳极上表面,熔体液面波动越剧烈,而且液面波动直接影响电解槽的稳定性、产品质量和电流效率,对于电解产物铈金属的收集和电解槽开发设计具有很重要的意义。     

燃料管插入深度及空气系数对平焰燃烧器燃烧特性的影响

通过搭建自行设计的实验平台,进行空气助燃的平焰燃烧实验,观察火焰形状,研究燃料管插入深度和空气系数对温度分布和NOx浓度的影响.结果表明:随着燃料管插入深度的减小,峰值温度下降,温度分布更加均匀.当插入深度为0mm时,形成的火焰盘形状更加清晰,实现了平焰燃烧.在生产实践中,要综合考虑燃烧温度与NOx生成量的影响,在1....     

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。     

铜电解槽内电热场的数值分析

以国内某冶炼厂铜电解槽为研究对象,建立了铜电解槽内电解液流场、温度场和电场作用数学模型,利用CFD商业软件,对槽内各物理场进行数值计算,重点考察了温度场和电场的分布状况,并进行了电解槽热平衡分析。结果表明:计算的槽面电解液温度分布状况与现场检测结果基本吻合,验证了模型的有效性;靠近入口区域电解液温度比出口附近低约1~2℃,极板间电解液温度比槽底部区域高约1~2℃,槽内电解液温度分布呈现不均匀状况,分析原因后提出了可行措施,为优化电解槽温度场分布、改进操作工艺参数提供了理论依据。      

稀土电解槽阳极气体表观速度对其流场影响的数值模拟

利用CFD软件建立了3kA稀土电解槽气-液两相流数学模型,通过阴极金属生成量计算阳极表面不同深度的气体表观速度,首次提出将阳极气体表观速度的计算与稀土电解槽流场的数值模拟相结合。对比阳极深度分别为0.250、0.300、0.350、0.395m的有无加载表观速度的阳极气体流场的分布情况,结果表明,在同坐标下优化后的加载表观速度的阳极气体速度均大于未加载表观速度的阳极气体速度,且前者槽内熔体扰动大于后者。此结果为稀土电解槽流场实际运行情况提供了理论依据。     

60kA底部阴极稀土电解槽阳极倾角对流场影响的数值模拟

为研究60 kA底部阴极稀土电解槽内阳极倾斜角度对熔盐流动的影响,利用CFD(Computational FluidDynamics)软件,建立相应的数学模型,模拟电解槽内的气液两相流动情况,分别对阳极倾角为3°、7°、11°和15°的电解槽内电解质的流动进行模拟研究。通过比较分析,得出了最佳倾斜角度,为该电解槽的优化设计提供了理论依据。     

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。