新型惰性陽極鋁電解槽流場仿真與結構優(yōu)化.pdf

1、惰性電極鋁電解槽是鋁電解槽的發(fā)展方向，尤其是低溫垂直惰性陽極鋁電解槽具有比較大的發(fā)展?jié)撃?，是最有可能取代現(xiàn)有鋁電解槽的候選新型鋁電解槽之一。鋁電解槽內(nèi)電解質(zhì)的運動對氧化鋁的擴散與溶解以及溫度分布有決定性的影響，電解質(zhì)運動的研究對新型電解槽結構的開發(fā)與創(chuàng)新具有非常重要的指導意義。
　　 本文以半工業(yè)試驗惰性陽極鋁電解槽為研究對象，對垂直電極鋁電解槽的結構和電解槽內(nèi)電解質(zhì)的流動進行詳細分析，在流體力學基礎理論的指導下，結合常規(guī)槽及導

2、流槽的模擬經(jīng)驗，建立了適合研究垂直電極鋁電解槽內(nèi)電解質(zhì)運動的物理模型和數(shù)學模型，并通過商業(yè)CFD軟件CFX實現(xiàn)數(shù)值計算，利用加熱沸騰水實驗驗證了模型。通過分析陽極氣體作用下不同電解槽和電極結構參數(shù)情況下電解質(zhì)的流場的模擬結果，提出了電解槽結構優(yōu)化方案;應用優(yōu)化方案進行的試驗結果表明，槽內(nèi)流場得到改善，電流效率提高了5％-8％。
　　 本文的主要創(chuàng)新點及結論如下:
　　 (1)在適當?shù)暮喕蟛豢紤]氣泡的匯聚、合并與破裂和考

3、慮部分電解質(zhì)流動區(qū)域的基礎上，首次采用歐拉-歐拉方法對垂直電極鋁電解槽內(nèi)電解質(zhì)的流動進行模擬計算，實現(xiàn)鋁電解槽結構參數(shù)的調(diào)整與優(yōu)化。
　　 (2)對垂直電極鋁電解槽內(nèi)電解質(zhì)流場的研究結果表明:陽極氣體作用下，電解質(zhì)的流動是從極間運動至電極兩側，在電極與電解槽壁區(qū)域內(nèi)形成漩渦，然后從電解槽底部回到電極之間形成兩個相對獨立的循環(huán)。
　　 (3)通過對熱力-水力模型試驗與小試驗槽內(nèi)電解質(zhì)流場模擬計算的結果對比分析，驗證了垂直電