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。     

扩压器套料电解加工流场优化设计及实验研究

在电解加工中,合理的电解液流场能改善加工稳定性、提高加工效率。针对扩压器电解加工开展了流场优化研究,设计了流道出液转角式的正冲流动方式,建立了不同进液口转角间隙的流道模型,利用ANSYS进行了流场仿真优化分析。结果表明:在转角间隙值为0.3 mm时,加工区流速分布的均匀性最好,且电解液达到了较高的流速。同时,在转角间隙为0.3 mm时开展了扩压器电解加工提速实验,当阴极进给速度为0.7 mm/min时加工出了轮廓完整且表面光洁的叶片,验证了流场仿真优化的合理性。     

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。     

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。     

铜电解槽内电解液流场的数值模拟

以国内某冶炼厂铜电解槽为原型,基于计算流体力学,利用Fluent软件对铜电解槽内流场进行数值模拟,并对槽内不同特征截面上电解液流动状态进行分析。结果表明:模拟计算得到的槽面电解液流动状况与现场观测结果基本吻合,从而验证模拟结果的有效性;采用该"下进上出"电解液循环方式对槽内特征区域电解液的有效流量进行计算,发现电解液有效利用率仅15.41%左右。针对该问题分析成因后提出了具体建议和措施,为进一步优化电解槽结构、改进操作工艺和扩大产能提供理论依据。     

热型连铸保温炉流场与温度场模拟及其结构优化

利用CFD软件FLUENT对自制横引式一股四流单晶铜热型连铸保温炉结构进行数值模拟,并提出优化方案。结果表明,现用保温炉的四流连铸出流口单边等距位置结构分布不合理,进流口铜液对靠近进流口位置的1号、3号出流口铜液扰动较大;温度场分布不均匀,进出流口最大温差近5K,且出流口1号、3号与2号、4号存在较大温差。采用双边对称、不等距结构,即进流口与1号、3号出流口距离增大到198mm的方案,炉膛内铜液的流动分布表现合理,各出流口温度几乎一致。     

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。     

背压正流式恒间隙法电解加工实验研究

以一种可实现恒定加工间隙的方法为对象,设计了电解液背压式正向流动的方式,以提高加工过程的稳定性。采用有限元方法开展了流场仿真研究,优化了出液口结构。分析表明:与开放式正向流动相比,背压式正向流动加工间隙内的流场更均匀稳定。为了验证流场设计的合理性,开展了恒间隙法脉冲电解加工对比实验。结果显示:与开放式正向流动相比,背压式正向流动加工过程的电流波动量从23%下降到4%,加工表面粗糙度值从Ra1.237μm下降到Ra0.608μm。实验结果证明采用背压式正向流动有助于提高恒间隙法电解加工的稳定性和表面质量,为电流效率曲线的精确测定提供了有效途径。     

氯盐体系锡隔膜电沉积仿真模拟

采用COMSOL多场耦合计算机仿真软件对氯盐体系锡隔膜电沉积进行了仿真模拟,研究锡隔膜电积时电解槽内离子浓度、流体密度、流体速度、电流密度等的分布特征及其随时间的变化规律。结果表明:锡隔膜电积时槽内离子浓度分布受到入口流速、电流密度、电积时间、槽内离子互相作用的影响而发生变化。增加进液速度及降低HCl浓度有利于提高电解液平均密度及阴极表面Sn²⁺的最低浓度。电积时极板边缘发生离子对流,顶部对流速度高于边缘处对流速度,且流体密度梯度影响离子对流方式。极板周围电流密度分布呈非均匀分布,在电极边缘发生电流偏转。增加电流密度能降低阴极表面Sn²⁺最低浓度及流体的平均密度,同时也将增加阴极表面流体的平均流速,并使得阴极产物厚度不均匀。     

一种无缝钢管前处理装置

涉及一种无缝钢管前处理装置,包括容器槽、耐酸泵、换热器以及蒸汽管;换热器的第一通道与蒸汽管连接,换热器的第二通道一端通过进酸管与容器槽的进液口连接,另一端通过出酸管、耐酸泵与容器槽的出液VI连接,从而形成循环回路。该装置具有温度可控;硫酸溶液实现可流动式,一端注入,一端流出来,溶液的硫酸浓度一致,浸泡在溶液内的钢管酸洗不存在盲点,溶液会向钢管内孔内流动,酸洗干净;恒温,浸泡在溶液内的钢管不会出现温度差别,酸洗均匀;     

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。     

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。     

铝电解槽换极工艺下的熔体流动研究

对175kA预焙铝电解槽在各个阳极更换的情况下的流场进行了计算,分析了不同阳极更换时的流速和界面分布,并结合电磁场的分布分析了形成流场变化的原因。结果表明:换极对流场的速度影响较大,出电侧更换角部阳极时流速最大,然后向中部递减,进电侧由中部向两侧先减少再增加,出电侧的角部阳极更换比进电侧对熔体流动扰动的影响较大;换极增大了铝液和电解质界面的最大向上和向下变形量,最大向上变形量由中间向两侧增大;计算了磁场分布和换极时的电流分布,结合洛伦兹力定律分析了换极时熔体流动变化的原因。     

圆坯连铸电磁旋流水口的数值模拟

在浸入式水口外部采用可移动的旋转电磁场装置,使水口内钢液形成旋转流动.通过对磁场和流场的数值模拟,分析了电磁参数和电磁旋流装置结构对钢液内磁感应强度和旋流速度大小及分布的影响.结果表明,钢液中心竖直轴线上的磁感应强度随线圈电流增大而增大,随频率增大而减小.采用圆形磁体时磁感应强度最大且分布均匀,优于马蹄形磁体;线圈电流500 A,频率50 Hz时,获得了在圆形装置作用下浸入式水口内及结晶器内的钢液的速度矢量分布,此时结晶器内产生了较强的旋流流动.从现场操作角度出发,提出了改进马蹄形电磁旋流装置.通过低熔点合金的电磁旋流实验验证了数值模拟的结果及计算方法的可靠性.     

156 kA铝电解槽内电解质两相流动的数值模拟

以商业CFD软件CFX4．3为平台，采用欧拉-欧拉方法中多流体模型和标准湍流模型，对156kA铝电解槽内电解质层的气液两相流动流场（半槽）进行数值模拟。结果表明：阳极气体的推动对铝电解槽内的电解质运动起主要作用，电磁力的影响也较显著；电解质运动主要是以每个阳极周围的小循环为主；流速较大的区域主要分布在阳极间缝以及中缝和大面正对阳极间缝处；阳极气体的平均流速为0．199m／s，最大流速为0．74m／s；电解质的平均流速为0．079m／s，最大流速为0．717m／s；阳极以下以及大面和中缝正对阳极间缝处湍流最强。     

铝电解槽电解质-铝液流动及铝液表面变形计算

在ANSYS平台上采用有限元法和k—c湍流模型求解粘性不可压缩流体三维雷诺平均的Navier—Stokes方程，计算在电磁力作用下铝电解槽液体流动。对电解质和铝液的流场分别求解，然后利用分层液体界面压强连续条件计算铝液表面变形。230kA电解槽的计算结果表明电解质和铝液流动为近似水平的两个旋涡，其中一个旋涡的中央区铝液表面上升，另一个旋涡中央区铝液表面下降。流动速度从旋涡中心向外增加，最大速度发生在电解槽边壁附近，并迅速减少为零。这种速度特性表明电解槽边壁某些部分承受较大摩擦力。计算结果与230kA电解槽在运行5个半月后的实测数据基本一致。     

坩埚形状对多晶硅定向凝固热流场的影响

采用Comsol Multiphysics模拟软件研究了三种不同形状的坩埚(圆形、底部凹形及倒锥形)对多晶硅定向凝固过程中热场及流场的影响。结果显示:圆形和底部凹形坩埚内熔体的热场差异不大,而与这两种坩埚相比,倒锥形的坩埚可以得到更加均匀的热场分布及平直的固液界面;三种坩埚内熔体底部及侧壁区域的热对流变化基本相同,但熔体中心区域不同;圆形及底部凹形坩埚内中心区域的热对流较弱,而倒锥形坩埚内熔体中心区域的热对流较强,这在一定程度上有利于熔体内杂质的排出。     

大型铝电解槽电解质流场涡结构的数值模拟

针对铝电解槽内熔体旋转流动的特点,提出使用涡量和旋转强度来对其涡结构进行定量解析,并以某300kA槽电解质流场为研究对象,使用CFX12软件平台进行数值模拟。结果表明:极间水平截面和阳极间缝垂直截面的旋转强度最大值分别为1.611和1.961 s 1,其绝对涡量最大值分别为4.002和3.391 s 1;阳极气泡的搅动使阳极周围电解质中成对出现反向对称小涡;而电磁力的不均匀性导致部分阳极底部出现不对称大涡;阳极中缝和间缝相交位置的绝对涡量超过4 s 1,在该位置布置下料点有利于氧化铝的分散。故运用涡分析法能得到更为丰富和精确的流场信息,为槽结构的设计提供理论指导。     

镁电解槽冷模流场的PIV测试研究

设计了与工业镁电解槽几何结构相似的冷态模型电解槽。在该模型电解槽中通过电解浓度为1mol/L的硫酸锌水溶液,产生的氧气与硫酸锌溶液组成两相流体系,以此来模拟研究工业镁电解槽中氯气-电解质-液态镁(简化为气-液两相流)的运动规律。利用激光粒子测速仪PIV测试了模型电解槽内的流场分布,考查了模型电解槽的结构因素包括阴阳极间的距离、隔墙与电极的距离和阳极浸没深度对模型电解槽流场分布的影响。研究结果表明:极距、隔墙与电极的距离对流场的影响较大,阳极浸没深度对流场的影响较小。实验中最佳的槽型结构为极距2 cm,隔墙与电极的距离0.7 cm,阳极浸没深度11.5 cm。