發(fā)布時(shí)間：2020-11-19 07:29

　　 節(jié)能與環(huán)保是鋁電解工業(yè)兩大永恒的主題,現(xiàn)代大型鋁電解槽在解決了電磁場(chǎng)分布、溫度場(chǎng)分布的問題之后,又面臨著流場(chǎng)分布及氧化鋁濃度分布的難題,氧化鋁濃度分布與控制可以影響鋁電解過(guò)程中能量消耗和溫室氣體排放,因此對(duì)鋁電解槽中氧化鋁濃度分布的研究具有重要意義。本文是國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目的一部分內(nèi)容,主要研究鋁電解槽電解質(zhì)流場(chǎng)和下料點(diǎn)附近氧化鋁濃度分布。首先采用二維VOF模型建立鋁電解槽橫向斷面電解質(zhì)流場(chǎng)模型,模擬陽(yáng)極氣泡在陽(yáng)極底掌生成與遷移、陽(yáng)極邊緣釋放以及豎直上升過(guò)程。研究結(jié)果表明:電解質(zhì)流場(chǎng)經(jīng)過(guò)4s達(dá)到暫穩(wěn)態(tài),由于氣體體積分?jǐn)?shù)的差異,在中縫中央和液面深度一半的位置,電解質(zhì)流速相對(duì)較大;氣泡在陽(yáng)極底掌呈Fortin型與陽(yáng)極傾角無(wú)關(guān),而與模型中陽(yáng)極氣體的注入方式有關(guān);氣泡在陽(yáng)極邊緣釋放或豎直上升過(guò)程中,先緊貼著陽(yáng)極,然后開始脫離陽(yáng)極;由于陽(yáng)極倒角的存在,會(huì)影響陽(yáng)極氣泡在陽(yáng)極邊緣的釋放,改變氣泡在陽(yáng)極邊緣釋放的初始速度,最終改變電解質(zhì)流場(chǎng)。其次采用VOF-DPM模型模擬溶解后的氧化鋁和氧化鋁顆粒在電解槽電解質(zhì)中的分散情況,同時(shí)對(duì)加入氧化鋁前后的電解質(zhì)流場(chǎng)進(jìn)行對(duì)比。研究結(jié)果表明:VOF模型并不適于模擬溶解后的氧化鋁分散情況,而應(yīng)采用組分傳輸模型;氧化鋁顆粒從中縫向極間運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,隨密度的增加,氧化鋁的遷移速度增加;同時(shí)密度為2600kg/m3的顆粒能更加均勻地分散至整個(gè)極間區(qū)域,有利于減小電解質(zhì)中氧化鋁濃度梯度;此外氧化鋁的加入使電解質(zhì)的平均流速降低0.065m/s左右,中縫中央電解質(zhì)流速降低最明顯,而靠近陽(yáng)極豎直壁面的電解質(zhì)流速相對(duì)增加。本文采用文獻(xiàn)數(shù)據(jù)對(duì)比分析和工業(yè)測(cè)量?jī)煞N方法,對(duì)采用VOF模型建立的電解質(zhì)流場(chǎng)進(jìn)行驗(yàn)證,同時(shí)還對(duì)400kA工業(yè)鋁電解槽的液態(tài)電解質(zhì)總質(zhì)量進(jìn)行測(cè)量與估算。結(jié)果表明:中縫電解質(zhì)流速的模擬結(jié)果(0-0.4m/s)屬于合理的范圍之內(nèi);通過(guò)鍶的傳質(zhì)時(shí)間與距離得到電解質(zhì)最大流速、最小流速和平均流速分別為0.015m/s、0.0051m/s和0.010m/s;液態(tài)電解質(zhì)總質(zhì)量測(cè)量與估算結(jié)果分別7.19t和8.93t。
【學(xué)位單位】：東北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2016
【中圖分類】：TF821
【部分圖文】：

圖１．３電解槽中電磁力作用下的電解質(zhì)流動(dòng)１８１??

最大流速達(dá)到１１．２ｃｍ／ｓ。??吳建康和黃俊等人［１８＿１９］采用ＡＮＳＹＳ有限元法模擬２３０ｋＡ電解槽中電磁力作用下??的電解質(zhì)流動(dòng)，如圖１．５，得到的電解質(zhì)流場(chǎng)水平方向幾乎對(duì)稱但旋向相反的兩個(gè)渦，??因此一個(gè)漩渦中央的鋁液表面上升，另一個(gè)則下降。從圖１．５得到的流場(chǎng)可以看出，??在渦的中心電解質(zhì)流動(dòng)速度較小，而在靠近壁面處最大，最大的流速為１８．３５ｃｍ／ｓ，由??于Ａ面的磁場(chǎng)比Ｂ面大，導(dǎo)致Ａ面的速度比Ｂ面的速度大很多，同時(shí)氧化鋁下料點(diǎn)??可以布置在電解質(zhì)速度較大的壁面附近，有利于氧化鋁的遷移。??ｖ?Ｂ?面．，??個(gè)１隱，??Ａ面－?＾??圖１．５電解槽中電磁力作用下的電解質(zhì)流動(dòng)??Ｆｉｇ．?１．５?Ｔｈｅ?ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ?ｆｌｏｗ?ｄｒｉｖｅｎ?ｂｙ?ｔｈｅ?ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ?ｆｏｒｃｅ?ｉｎ?ａｌｕｍｉｎｕｍ?ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ?ｃｅｌｌ??綜上所述，從陽(yáng)極流向陰極的電流產(chǎn)生一個(gè)水平的磁場(chǎng)，豎直的電流與水平的磁??場(chǎng)相互作用產(chǎn)生水平電磁力

泡的形態(tài)與分布。粒子圖像測(cè)速法（Ｐａｒｔｉｃｌｅ?Ｉｍａｇｅ?Ｖｅｌｏｃｉｔｙ，?ＰＩＶ）和激光多普勒測(cè)法??（Ｌａｓｅｒ?Ｄｏｐｐｌｅｒ?Ｖｅｌｏｃｉｔｙ，?ＬＤＶ）常用于對(duì)陽(yáng)極氣泡引起的電解質(zhì)流場(chǎng)的測(cè)量［２１］。??Ｆｏｒｔｉｎ等人［２（）］采用空氣－水模型研究了氣泡在陽(yáng)極底掌的行為，如圖１．６，在最開??始的階段，氣泡僅僅球形長(zhǎng)大而不出現(xiàn)合并；當(dāng)氣泡長(zhǎng)大到一定的程度之后，氣泡開??始橫向合并，然后合并成一個(gè)大氣泡覆蓋整個(gè)陽(yáng)極底掌，最后大氣泡從陽(yáng)極邊緣釋放。??０?②?＠??：二：?－ｉ－ｌ??—－—?￣??－：Ｈ?乜?ｄ?Ｂ?５?二?￣￣?＾?—二￣￣?－?？丄?Ｃ?（???＠?⑤?⑤??：：：?＾?０??圖１．６鋁電解槽中陽(yáng)極底掌氣泡釋放示意圖??Ｆｉｇ．?１．６?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｒａｗｉｎｇ?ｏｆ?ｂｕｂｂｌｅｓ?ｒｅｌｅａｓｉｎｇ?ｕｎｄｅｒ?ａｎ?ａｎｏｄｅ?ｉｎ?ａｌｕｍｉｎｉｕｍ?ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ?ｃｅｌｌｓ??同時(shí)Ｆｏｒｔｉｎ發(fā)現(xiàn)陽(yáng)極氣泡在陽(yáng)極底掌呈現(xiàn)頭部較厚（約為２ｃｍ），尾部較�。�約??５ｍｍ）較長(zhǎng)的形狀，因此這樣的氣泡也稱為Ｆｏｒｔｉｎ氣泡（如圖１．７）。整個(gè)氣泡的長(zhǎng)度??為２－１２８ｃｍ不等，并隨著電流密度的增大而增大，隨著電解質(zhì)流速或陽(yáng)極傾角的增大??－７－??
【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 ;我國(guó)首部大型鋁電解槽技術(shù)國(guó)標(biāo)頒布[J];有色金屬材料與工程;2018年02期

2 段練;;大型節(jié)能鋁電解槽控機(jī)安全性能分析[J];世界有色金屬;2018年04期

3 ;我國(guó)首部大型鋁電解槽技術(shù)國(guó)標(biāo)頒布[J];有色冶金節(jié)能;2018年02期

4 宋清懿;;180kA鋁電解槽帶電停開槽技術(shù)的應(yīng)用[J];有色冶金節(jié)能;2016年06期

5 何桂雄;冉嶺;覃劍;張紅亮;唐艷梅;;面向風(fēng)電消納的鋁電解槽瞬態(tài)溫度場(chǎng)的波動(dòng)特性研究[J];有色金屬(冶煉部分);2017年02期

6 張建平;;淺談大型鋁電解槽制作安裝工藝[J];江西建材;2017年15期

7 畢建輝;;降低大型鋁電解槽壓降的技術(shù)應(yīng)用探討[J];科技風(fēng);2017年14期

8 劉克軍;;電解質(zhì)成分富集對(duì)鋁電解槽技術(shù)管理的影響[J];世界有色金屬;2017年09期

9 閻昭輝;姜海濤;湯昌廷;高盼盼;;400kA鋁電解槽提高電流效率的關(guān)鍵技術(shù)研究[J];有色金屬(冶煉部分);2017年09期

10 王旋;胡紅武;;240kA鋁電解槽燃?xì)獗簾龁��?dòng)技術(shù)的應(yīng)用[J];輕金屬;2017年06期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 姜昌偉;預(yù)焙陽(yáng)極鋁電解槽電場(chǎng)、磁場(chǎng)、流場(chǎng)的耦合方法及應(yīng)用研究[D];中南大學(xué);2003年

2 周萍;鋁電解槽內(nèi)電磁流動(dòng)模型及鋁液流場(chǎng)數(shù)值仿真的研究[D];中南大學(xué);2002年

3 伍成波;鋁電解槽高溫?zé)煔獗簾�技術(shù)的理論與實(shí)踐[D];重慶大學(xué);2004年

4 劉海石;延長(zhǎng)大型鋁電解槽壽命的研究[D];東北大學(xué);2006年

5 李賀松;大型鋁電解槽非穩(wěn)態(tài)非均一模型及關(guān)鍵極節(jié)能技術(shù)研究[D];中南大學(xué);2006年

6 王志剛;惰性陽(yáng)極鋁電解槽物理場(chǎng)仿真研究[D];中南大學(xué);2009年

7 劉偉;鋁電解槽多物理場(chǎng)數(shù)學(xué)建模及應(yīng)用研究[D];中南大學(xué);2008年

8 彭建平;新型陰極結(jié)構(gòu)鋁電解槽試驗(yàn)研究[D];東北大學(xué);2009年

9 李劍虹;大型鋁電解槽多物理場(chǎng)的工業(yè)測(cè)試分析及反映鋁液液面狀態(tài)新方法的研究[D];東北大學(xué);2014年

10 徐義彪;新型鋁電解槽用氧化物側(cè)壁材料研究[D];武漢科技大學(xué);2014年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 劉小珍;鋁電解槽中流場(chǎng)和氧化鋁分布的基礎(chǔ)研究[D];東北大學(xué);2016年

2 趙爽;新型陰極結(jié)構(gòu)鋁電解槽生產(chǎn)節(jié)能實(shí)效分析[D];東北大學(xué);2015年

3 閆飛;異形陰極結(jié)構(gòu)鋁電解槽陰極表面凸臺(tái)壽命研究[D];東北大學(xué);2016年

4 趙彪;240kA鋁電解槽低電壓操作技術(shù)的實(shí)踐[D];東北大學(xué);2016年

5 黃永忠;槽修技術(shù)在鋁電解槽大規(guī)模停槽復(fù)產(chǎn)工程中的應(yīng)用研究[D];東北大學(xué);2016年

6 梁培王;延長(zhǎng)240kA異形陰極鋁電解槽壽命的方法研究[D];東北大學(xué);2016年

7 黃迪;基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的超低能耗鋁電解槽況診斷研究及應(yīng)用[D];重慶科技學(xué)院;2016年

8 楊帥;基于界面?zhèn)鳠釞C(jī)理的鋁電解槽綜合熱場(chǎng)分析模型及其應(yīng)用[D];中南大學(xué);2013年

9 胡麗青;模糊聚類在鋁電解槽槽況分析中的研究與應(yīng)用[D];北方工業(yè)大學(xué);2010年

10 楊春寧;基于遺傳神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的鋁電解槽診斷系統(tǒng)研究[D];北方工業(yè)大學(xué);2008年

本文編號(hào)：2889895