新型惰性陽極鋁電解槽流場仿真與結(jié)構(gòu)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(yùn)動(dòng)對氧化鋁的擴(kuò)散與溶解以及溫度分布有決定性的影響，電解質(zhì)運(yùn)動(dòng)的研究對新型電解槽結(jié)構(gòu)的開發(fā)與創(chuàng)新具有非常重要的指導(dǎo)意義。
　　 本文以半工業(yè)試驗(yàn)惰性陽極鋁電解槽為研究對象，對垂直電極鋁電解槽的結(jié)構(gòu)和電解槽內(nèi)電解質(zhì)的流動(dòng)進(jìn)行詳細(xì)分析，在流體力學(xué)基礎(chǔ)理論的指導(dǎo)下，結(jié)合常規(guī)槽及導(dǎo)

2、流槽的模擬經(jīng)驗(yàn)，建立了適合研究垂直電極鋁電解槽內(nèi)電解質(zhì)運(yùn)動(dòng)的物理模型和數(shù)學(xué)模型，并通過商業(yè)CFD軟件CFX實(shí)現(xiàn)數(shù)值計(jì)算，利用加熱沸騰水實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了模型。通過分析陽極氣體作用下不同電解槽和電極結(jié)構(gòu)參數(shù)情況下電解質(zhì)的流場的模擬結(jié)果，提出了電解槽結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案;應(yīng)用優(yōu)化方案進(jìn)行的試驗(yàn)結(jié)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?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)及結(jié)論如下:
　　 (1)在適當(dāng)?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(dòng)區(qū)域的基礎(chǔ)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(dòng)進(jìn)行模擬計(jì)算，實(shí)現(xiàn)鋁電解槽結(jié)構(gòu)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(jié)果表明:陽極氣體作用下，電解質(zhì)的流動(dòng)是從極間運(yùn)動(dòng)至電極兩側(cè)，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(gè)相對獨(dú)立的循環(huán)。
　　 (3)通過對熱力-水力模型試驗(yàn)與小試驗(yàn)槽內(nèi)電解質(zhì)流場模擬計(jì)算的結(jié)果對比分析，驗(yàn)證了垂直電