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。     

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。     

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。     

稀土电解槽电极间距的模拟优化

采用多相流范畴的欧拉模型,以3 kA钕电解槽为模型,着重研究了电解槽正常工作情况下,不同电解槽电极间距时气体在熔场内的分布情况,并对得到的结果进行了分析。     

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。     

稀土电解槽电化学三维时变流场数值模拟

目前对电解槽流场分析建立在气体或金属溶体定量单一流动的假设上,为更真实地表现电解槽在电解过程的流场变化,利用ANSYS Fluent软件对稀土电解槽进行电化学三维时变流场数值模拟研究。以加料镨钕氧化物时刻为初始时间的12 min槽内电化学瞬态三维模拟分析。仿真结果与生产实际相符。得出流场主要流动方式为阳极内侧区域生成气体向上流动,流速常居于最大值;阴极区域生成金属溶体向下流动,流速次之;阳极与阴极之间区域以此形成纵向涡流,流速小于前两者;阳极外侧区域为流动死区,流速最小,坩埚收集区域整体趋于稳定,流速远小于阳极内侧及阴极区域;电解至10 min镨钕氧化物被消耗殆尽,流场速度逐渐减小。      

稀土电解槽石墨阳极的研究

从实际生产所用的3kA稀土电解槽石墨阳极进行采样,采用多孔介质模型模拟不同插入深度和阳极内径对电解过程的影响,并综合分析石墨阳极在槽体内部对电解过程的影响。     

稀土电解槽气液两相流动数值模拟

利用CFD软件,建立了稀土电解槽的阳极气泡及熔体整体流场数学模型。对稀土电解槽的阳极表面化学反应自动生成气体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,使之更贴近于电解槽的实际工况,为熔盐稀土电解槽的槽型优化提供依据。     

稀土熔盐电解槽内温度场数值模拟

在前人电场及流场的研究基础上,考虑电热场及电解质流动对温度场分布的影响,利用差分法建立柱坐标下的能量传输方程的上风差分离散格式,采用FORTRAN97编程,对3kA钕电解槽的温度场进行了数值模拟。结果表明,电极之间的发热强度最大,但并不是电解槽的最高温区,高温区在接收器内部(1 100℃),模拟结果与实测结果比较吻合。     

多孔介质模型在稀土电解槽优化模拟中的应用

针对熔盐电解法制取稀土金属钕槽型结构,首次提出了多孔介质模型与表面化学反应相结合的方法研究阳极电解反应过程,通过在靠近阳极表面取1~2mm的薄层设立为多孔介质层,并在多孔介质层上增设化学反应,模拟研究阳极表面的化学反应、槽体内部流场运动情况以及气泡上浮过程,同时对比欧拉法的模拟结果得到了该模拟法与欧拉法模拟的区别及该法研究的优势。模拟结果表明,该方法更能反映实际电解过程气泡生成和运动规律。     

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。     

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。     

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。     

10kA底部阴极稀土熔盐电解槽流场的模拟

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,并用商业CFD软件FLUENT对该槽型中的流场进行了数值模拟,得到三种极距下电解质和阳极气体的速度分布,发现该槽型的设计是合理的.