基于COMSOL传统铜电解槽流场的数值模拟

以国内某冶炼公司现用传统铜电解槽的流场分布为研究对象,利用COMSOL仿真软件对该传统电解过程中的槽内流场分布情况进行分析,得出槽内各区域电解液的流动情况以及流速变化等。进而为电解槽结构的优化以及流场参数的合理选取提供相关参考。     

不同进液方式下铜电解槽内电解液流动特性的评价（英文）

铜电解槽的进液口布置方式对极板间的流场有着显著的影响,而流场的分布决定电解过程中的电流分布。为了深入了解电解液在竖直极板间复杂的流动行为,以铜电解槽为研究对象,建立了针对"一端进液"、"底部中心进液"、"上侧交错进液"和"底部交错进液"4种不同进液方式下电解槽内电解液的流动过程的三维计算流体动力学模型并进行数值模拟。结果表明:由于"底部中心进液"式电解槽中进液口的位置分布不均匀,其速度的极差较大,是交错进液时的4倍以上。另外,由于"底部交错进液"式电解槽内电解液的湍流强度较大,因此其体平均速度是"一端进液"式的4倍。综合来看,"底部交错进液"式电解槽能够将新鲜的电解液快速、均匀地补充到极板间,为提高电流密度和增加产能奠定了基础。     

基于流场数值模拟的锌电解槽操作条件及结构参数优化(英文)

以锌电解槽为对象,基于Fluent软件对电解槽内电解液的单相流动过程进行数值模拟。流场的模拟结果表明:电解槽液面在20组极板处存在方向相反的回流,与现场观测到的现象一致;在极间的流动区域,电解液从侧部流入阴、阳极间。根据流动情况,提出极间有效流量的概念,即同时流入电解槽阴、阳极间的电解液流量与流通面积之比。利用极间有效流量作为评价指标来对锌电解槽操作条件及结构参数如入口角度、入口流量、入口位置等进行优化。结果表明:入口位于液面下0.9 m处,入口角度在-10°到10°之间存在最大的极间有效流量;极间有效流量与入口体积流量成正比;而钢挡板的影响可以忽略。     

铝电解槽内熔体流动和铝液传质规律研究

本文以300kA系列铝电解槽为研究对象,以数值模拟方法为研究手段,建立了铝电解槽内多相流动模型和极距间铝液传质模型,研究了铝电解槽内熔体流动和铝液传质规律,分析了阳极气泡对于流场和铝液浓度场的影响,并计算了不同工况下槽内流场和铝液浓度场,分析了铝水平和极距对电解槽的影响并求得300kA系列下的最优解。     

异型阴极不同尺寸的凹槽对铝液阻力损失的影响

在异型阴极铝电解槽中,为了减小铝液的波动,每个阴极碳块的上表面不是平的,而是有凸型突起的,以这样的阴极碳块砌筑在电解槽上以后,就在电解槽槽膛阴极底表面上形成了很多与电解槽纵向相垂直的“沟”(或称凹槽),此种“沟”可隔断槽内铝液流动,降低槽内阴极铝液的流速。为了了解不同尺寸“沟”对铝液流经后阻力损失大小的影响,通过建立物理模型并用fluent模拟,通过后处理得出结果,比较分析得出结论。     

铝电解槽不同因素对流场的影响

本文根据磁流体力学相关理论和铝电解槽内的熔体流动特征,建立铝电解槽磁流体流场计算模型,利用该模型对175k A系列预焙铝电解槽进行稳态流场分析,并与该系列流场测试数据进行对比验证,并计算分析单个方向磁场、极距变化、铝水平和不均匀电流等不同工况对铝电解槽熔体流动流场的影响。     

铝电解槽氧化铝输运特性与下料配置的关系（英文）

针对特大型铝电解槽内氧化铝含量不均匀性日益突出的问题,建立了铝电解槽内氧化铝输运过程的瞬态数学模型。以某400 kA铝电解槽为实例,计算分析了槽内氧化铝含量分布与电解质流动、下料系统配置的关系。结果表明,电解质的大漩涡流动有利于氧化铝在漩涡内快速输运,实现漩涡内部浓度均匀分布;氧化铝下料后10~15 s即可输运到极间,早期沉淀风险发生在下料后的10~25 s;分组交叉的下料配置可减少槽内含量波动,并一定程度上改善了含量分布的均匀性。在此基础上,提出了铝电解槽"分区按需下料"策略,尽管含量的空间分布特性未发生根本性改变,但全槽氧化铝含量分布的均匀性得到了明显的优化。     

静流式铝电解槽磁场仿真及设计

通过对槽内磁场、电流场的分析和研究,提出一种静流式铝电解槽的概念,采用阴极垂直出电的方式代替目前的水平出电方式,从而大幅度降低铝液层中的水平电流,大幅度削弱电磁力对槽内熔体的影响,进而减小铝液的流动和波动,将电磁影响削弱到最低程度以实现熔体界面高稳定性,并依此原理设计开发新型高效节能型铝电解试验槽。同时对母线配置进行设计,在最优化母线配置下,磁场数值仿真计算结果表明,该电解槽垂直磁场最大值为0.896 3 mT,平均值为0.360 2 mT,远低于同规格普通电解槽的垂直磁场,从而可获得电解槽超稳定运行条件,为大幅度降低极距,实现大幅度节能创造条件。     

盐湖提锂膜堆电解槽流体水力学和数值模拟

针对盐湖卤水电解提锂工艺的特性及其电解槽内流体流动的特征,分别研究电解槽进水口位置、流体流量、流体黏度对槽内流场的影响。通过水力学实验与数值模拟对比,验证所采用数学模型的适用性。结果表明:标准k-ε湍流模型能准确的反映槽内流体的流动状况;对于黏度较大的盐湖卤水,为了强化传质,进水口宜开在进水端中间位置,同时,在不破坏涂覆电极的前提下,应尽可能地增大流体流量。     

稀土电解槽流场的数值模拟

采用雷诺应力模型(RSM)对上插式阴极结构稀土熔盐电解槽内部流场进行模拟研究,得到电解槽内部含气率和流场分布规律。计算结果表明:电解产生的气体主要集中在阳极内表面附近,且在电解槽上端靠近阳极处,含气率达到最大值;阳极内表面附近的最大上升流速为0.9 m/s;电解槽底部大部分区域电解质的流动速度均小于0.01 m/s,基本上属于流动死区;在底吹气体搅拌模型下,电解槽底部出现逆时针涡流,该区域电解质的流动速度较未通气体时的相比增加10倍以上,这能够在一定程度上改善电解槽底部的流动性,减轻底部"结瘤"现象。     

160kA预焙铝电解槽物理场测试与分析——磁场测试与分析⑶

对１６０ｋＡ预焙铝电解槽磁场分布进行了测量，根据实测结果，预测槽内磁流体流动特性，分析槽运行稳定性。     

160kA预焙铝电解槽物理场测试与分析：磁场测试与分析（3）

对１６０ｋＡ预焙铝电解槽磁场分布进行了测量，根据是结果，预测槽内磁流体流动特性，分析槽运行稳定性。     

铝电解槽上烟道内的烟气流动场数值模拟研究

本文利用大型商业软件FLUENT对铝电解槽集气上烟道结构内(非全槽)的烟气流动场进行了数值模拟,并通过模拟全槽区域的温度场与流动场对非全槽模型的仿真结果和热平衡测试进行了验证,同时以仿真结果为基础成功优化设计出了适用于SY500系列电解槽的等量吸风六段集气上烟道结构。经过多项工程实践证明,该上烟道结构使用效果良好,在槽膛内集气均匀,可减小电解槽排烟量和降低槽上散热量,提高电解槽密闭效率和减少电解车间污染物排放,为电解槽实现节能减排提供了可靠保障。     

不同进电方式与槽膛内形的铝电解槽内流场的数值模拟

采用k-ε双方程模型封闭的Navier-stokes方程描述铝电解槽内熔体的湍流流动。对于200kA、160kA与80kA三种不同进电方式的铝电解槽以及具有不同槽膛内形的160kA槽，在磁场、热场解析的基础上，计算出相应工况下动量方程中的源项，即洛仑兹力，并对稳定状态下熔体的三维流场进行了数值计算。计算结果表明，在模拟工况条件下，铝液流动在200kA槽内呈现出四个旋涡，在160kA与80kA槽内呈现出两个旋涡；不同的进电方式与槽膛内形对熔体的运动方式均有显著影响。     

铁磁材料对铝电解槽内磁场影响规律研究

该文以一台简化的铝电解槽模型为对象,运用ANSYS仿真软件研究了铝电解槽的槽壳和摇篮架等铁磁物质对槽内磁场的影响规律。研究表明,随着槽壳厚度的增大,槽内X和Y向磁感应强度增大,Z向减小;随着摇篮架宽度增大,X向和Y向磁感应强增大,Z向减小。该研究结果能为大型铝电解槽磁场计算模型简化提供依据。     

底部出电型铝电解槽母线结构与电磁流场仿真优化

从减小槽内水平电流和垂直磁感应强度进而改善磁流体稳定性的角度出发,提出一种底部出电型结构铝电解槽,该种电解槽采用阴极垂直出电方式代替传统水平出电方式.在ANSYS软件平台上,建立400 kA级该槽型的电磁场模型并进行求解,根据计算结果对母线配置进行优化,得到一种可使磁场分布最优的母线结构,在该母线配置下,垂直磁感应强度最大值为1.658 mT,平均值为0.401 mT,远低于同规格普通电解槽,磁流体稳定性计算结果进一步表明该槽能在低极距下稳定运行,具有较大的节能潜力.     

侧插棒自焙阳极电解槽熔体流动的测量分析

为了确定侧插棒自焙阳极电解槽定点自动下料的设计参数,曾对槽内熔体流动情况进行了测量分析。测量分析所得的结果对电解生产也有一定的参考价值。     

离子交换法清除铜电解液中的杂质

离了交换法是净化铜电解液的新型方法之一，铜电解液不需脱铜处理，净化后可直接返回到电解槽中使用，离子交换树脂亦可循环使用。该方法具有净化效率高、工艺流程简单、操作方便等特点。本文为铜电解液的净化提出了新的途径，具有一定的的参考价值和实用价值。     

淬火槽内介质流场的计算机模拟

为了获得均匀的流场分布 ,利用有限元方法对淬火槽内的介质流场的流动情况进行计算机数值模拟 ,并根据模拟结果改进淬火槽的结构尺寸和均流装置 ,以使淬火槽内的介质流动更加均匀。模拟的结果为深入研究冷却强度、对流换热系数 ,以及工件内部温度场、组织场、应力场和应变场打下了基础     

铝电解槽电-热场强耦合建模计算方法

指出广泛使用的铝电解槽电-热场分离的计算方法和电-热场弱耦合计算方法的理论缺陷,提出一种电-热场强耦合计算模型。以某420 kA铝电解槽为对象,同时应用强耦合模型与传统的弱耦合模型对其电-热场进行计算,计算结果证明了在电-热场分析中采用强耦合模型的必要性。研究结果表明:不设定熔体温度是电场和热场实现强耦合的关键,对槽内各热源进行准确描述并引入计算模型中是获得可靠的铝电解槽电-热场分布的必要条件。