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。     

熔盐电解制取金属铈槽内温度场的数值模拟

采用COMSOL Multiphysics模拟软件对6 k A新型铈电解槽内温度场进行数值模拟。同时,在改变阴、阳极的插入深度时,对其温度场的分布变化情况进行分析。模拟结果表明,随着铈电解槽内阴、阳极插入深度的增加电解槽的温度逐渐升高,然而电解槽的底部的温度基本保持不变;阴、阳及插入深度逐渐的减小时,电解槽的温度逐渐减小,因此通过模拟后发现最佳的阴极插入深度约为290 mm,阳极插入深度约为250 mm。本文通过对铈电解槽温度场分布情况的模拟研究,对铈电解槽优化与开发设计具一定的指导意义。     

稀土电解槽温度场的数值分析

研究了氟化体系稀土电解槽温度场问题的数值模拟分析方法，采用有限元法计算了新的电解槽温度场，其分析结果，为新槽体的开发设计提供了参考依据。     

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。     

熔盐制钠电解槽电场数值模拟研究

利用有限元软件ANSYS具有的多重单元、多重属性的特点,建立了四阳极熔盐制钠电解槽的电极及熔体整体三维电场数学模型。对电解槽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规律,模拟结果与现场极间距0.206m的生产电解槽比较吻合,可为熔盐制钠电解槽优化设计提供参考。     

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。      

锌电解槽内电解液流动现象的水力学和数值模拟

以云南驰宏锌锗公司的锌电解槽为基础,根据相似原理制作了相应的水模型,对其内部的流动现象进行了研究;同时,利用商业软件FLUENT对锌电解槽的内部流场进行数值模拟。结果表明:数值模拟建模时采用四边形网格得到的计算结果与水力学模拟的结果相吻合,能够较真实地反映锌电解槽的内部流场。还对不同实际工况下锌电解槽内的流场进行了研究,并提出相关建议,为进一步改善和优化电解槽结构、扩大电解槽规模提供理论依据。     

磁性磨粒热压烧结过程的温度场模拟

针对以Fe粉和Al2O3粉为原材料的两相复合磁性磨粒这一研究对象,建立了磁性磨粒热压烧结过程的传热模型,通过计算机模拟方法对模具温度场进行分析,从而优化热压工艺。模拟结果表明:炉体的升温速率对模具的温度场影响较大,同时磨粒在模具中的位置不同其温度场分布也不同。综合磨粒的制备效率和实验设备的要求,本实验条件下应采用在低温区为10～15℃/min、高温区为5～10℃/min的升温速率,并将磨粒置于模具中的z5区域,以降低热压成形过程中磨粒的轴向温差,改善磨粒的物理力学性能。     

电解温度对稀土电解槽技术指标的影响研究

借助已有的稀土电解槽温度场理论研究成果,以6kA稀土镨钕电解槽为研究对象,根据实测电解生产数据与稀土金属产品的化学检测结果对电解温度与稀土熔盐电解技术指标之间的关系进行了分析。结果表明,温度对电解过程的正常进行起着重要作用;能使本稀土镨钕电解槽实现高效、稳定生产的最佳电解温度为1 090℃。     

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。     

氯化物熔盐电解槽电热场模拟分析

氯化物熔盐电解槽在电解过程中受温度影响很大,有必要对电解槽中的电热场进行分析计算。利用COMSOL软件建立三维氯化物熔盐电解槽电热场模型,得到槽内电势和温度分布,分析电解槽的热平衡,在热平衡的基础上,计算电解槽结构参数对电热场的影响,并推导出放大方程。计算表明,缩短阴阳极间距,增大阴极高度、阴极半径、阳极半径及电解质液面高度可以在热平衡的条件下提高电流强度,依据无因次关系式可进行结构优化设计或电解槽放大设计而不需要复杂的建模,可以节省计算资源。     

稀土熔盐电解过程电极双电层对电场的影响

建立了计算电解槽内部电场的数学模型；对电解槽内部电场进行了计算；通过考虑电极表面双电层和不考虑电极表面双电层两种情况经过对电解槽内部电场的比较，认为电极侧表面双电层和电极底表面与侧表面相交的角部区域双电层对电解槽内部电场分布都有一定的影响，在进行电场计算时，电极表面双电层是必须考虑的一个因素。     

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。     

隔膜钠电解槽流场分布的模拟计算

通过CFD软件建立相应的数学模型,首次利用数值方法对隔膜加入钠电解槽内流场的分布情况进行模拟计算。结果表明,数值模拟计算得到了隔膜钠电解槽内的流场分布图,可以为先进制钠电解槽的优化改良提供理论依据。     

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。     

氯化物熔盐电解槽结构优化

以电热场为基础进行了氯化物熔盐电解槽结构优化，以热平衡为前提得出的电流强度与阴阳极间距、阴极插入深度、阳极半径、阴极半径、电解质液面高度五个因素之间的关系，利用二次回归正交设计的方法，设计了不同的氯化物熔盐电解槽结构参数组合，得出了电流强度与各结构参数之间的无因次方程，优化设计了电流效率最高、能耗最低的电解槽模型。     

电场对铝酸钠溶液晶种分解过程的影响

研究了电场对铝酸钠溶液晶种分解过程的影响,考察了不同温度和苛性碱质量浓度条件下电场对铝酸钠溶液非晶种分解过程和晶种分解过程的影响,并用扫描电镜、X-射线衍射仪分析了分解产物的形貌和物相组成。试验结果表明:铝酸钠溶液的分解率在电场作用下显著提高;电场能促成大量初生晶核的形成,以及一些大颗粒氢氧化铝的附聚,缩短了成核诱导期;电场不会改变铝酸钠溶液分解产物的物相。     

Enhanced Sintering Kinetics in Aluminum Alloy Powder Consolidated Using DC Electric Fields

Direct current (DC) electric currents were applied during sintering of aluminum alloy (AA5083) green powder compacts and it was found that the kinetics of sintering were greatly enhanced compared to samples processed without a field. In situ sintering kinetics during pressure-less sintering employing electric field strengths and amperages ranging from 0 to 56 V/cm and 0 to 3 A were quantified using digital image correlation. It was found that the application of a DC field during sintering results in a discontinuous change in volume at a critical temperature along with a transition in electrical properties of the compact from insulating to conductive. This effect is similar to the phenomena observed in the flash sintering process currently being actively researched for ceramic powder processing. The temperature at which the flash event occurs was found to be field strength dependent and doubling the field strength was found to decrease the flash temperature by 25 pct. Joule heating of the specimen was measured using thermal imaging and it was found to not contribute enough additional thermal energy to account for the substantially increased sintering rates observed in specimens processed using electric fields.