鋁電解槽內(nèi)電解質(zhì)流場的數(shù)值模擬研究.pdf

1、本文以國家“973”項目的子課題“新型導流型鋁電解槽設(shè)計基礎(chǔ)研究”(G1999064903)為依托，以兩端進電的156kA預焙鋁電解槽為研究對象，首先對鋁電解槽內(nèi)的電解質(zhì)流場進行了詳細分析，并在適當簡化的基礎(chǔ)上，建立了鋁電解槽內(nèi)電解質(zhì)運動的物理模型和數(shù)學模型；然后，以商業(yè)CFD軟件CFX4.3為平臺，分別對常規(guī)槽內(nèi)電磁力作用、陽極氣體作用以及電磁力和陽極氣體共同作用這三種情況下的電解質(zhì)流場進行了數(shù)值模擬研究，并對計算結(jié)果進行了分析，利用

2、水模型實驗和文獻結(jié)果對計算結(jié)果進行了驗證；最后，利用已經(jīng)驗證的模型，對一種新型結(jié)構(gòu)的導流槽內(nèi)的電解質(zhì)流場進行了數(shù)值模擬研究，并研究了陰極傾斜角和極距對電解質(zhì)流場的影響。 主要創(chuàng)新點及結(jié)論如下： (1)本文考慮了所有的電解質(zhì)流動區(qū)域，使研究范圍更加全面；首次采用多流體模型對鋁電解槽內(nèi)的電解質(zhì)運動進行求解，并考慮了氣泡的變形，更加接近于實際情況； (2)對常規(guī)槽內(nèi)電解質(zhì)流場的研究結(jié)果表明：電磁力作用時，電解質(zhì)以水平運

3、動為主，半槽的電解質(zhì)流場基本上呈現(xiàn)一個大渦的結(jié)構(gòu)；陽極氣體作用時，電解質(zhì)運動主要是以每個陽極周圍的小循環(huán)為主；電磁力和陽極氣體共同作用時，電解質(zhì)流場與陽極氣體作用時幾乎完全相同，這說明陽極氣體對電解質(zhì)流場起主要作用； (3)對導流槽內(nèi)電解質(zhì)流場的研究結(jié)果表明：與常規(guī)槽相比，導流槽內(nèi)的電解質(zhì)流場分布更為均勻，對應于現(xiàn)有的中間下料制度，更有利于陽極氣體的釋放，更有利于消除電解質(zhì)中的濃度梯度和溫度梯度，也更有利于氧化鋁的混合和擴散；