鋁電解槽陽極氣泡的生成機理和運動規(guī)律.pdf

1、鋁電解槽內(nèi)的陽極氣體對工業(yè)鋁電解槽的運行起著十分重要的作用。無論是對常規(guī)鋁電解槽的正常運行和減小能耗等還是對于導(dǎo)流型鋁電解槽的設(shè)計與開發(fā)，對鋁電解槽中陽極氣泡行為的研究都顯得十分重要。 本文以國家“973”項目“提高鋁材質(zhì)量基礎(chǔ)研究”的子課題“新型導(dǎo)流型鋁電解槽設(shè)計基礎(chǔ)研究”(G19990649003)為依托，對陽極氣泡的生長、運動規(guī)律進行了理論研究，建立了一系列數(shù)學(xué)模型；針對陽極氣泡的運動規(guī)律，設(shè)計出冷態(tài)模擬試驗；并利用商業(yè)軟

2、件對單塊陽極下的陽極氣泡推動電解質(zhì)的流動進行了數(shù)值模擬研究。 本文的主要創(chuàng)新點及結(jié)論如下： (1)對陽極氣泡的生長機理和運動規(guī)律進行了理論研究，建立的數(shù)學(xué)模型包括：在陽極底掌下氣泡尺寸模型、陽極底掌下陽極氣泡運動模型和陽極氣泡豎直上升運動模型。結(jié)果表明在陽極的不同部位，陽極產(chǎn)生的氣體向電解質(zhì)傳遞的速率不同，氣泡的生長規(guī)律不同；氣泡在垂直陽極底掌方向上的厚度有一定的限定；氣泡在陽極底掌下的運動速度與陽極底掌的傾斜角度以及自

3、身的體積大小有關(guān)；氣泡脫離陽極后的豎直運動速度和自身氣泡的尺寸有關(guān)，不同尺寸的氣泡運動規(guī)律不同；大體積氣泡在運動過程中產(chǎn)生變形、破碎以及和小氣泡的合并現(xiàn)象。 (2)采用硫酸銅溶液模擬工業(yè)電解質(zhì)，碳塊作為陽極，對工業(yè)鋁電解槽中陽極氣體的生長、合并以及運動進行了冷態(tài)模擬試驗，研究了陽極氣泡尺寸和運動規(guī)律。 (3)利用顆粒軌道模型和k-ε湍流模型，建立了單塊傾斜陽極產(chǎn)生的氣泡推動電解質(zhì)流動的物理模型和計算模型，對氣泡推動電解質(zhì)