稀土电解槽流场-电场耦合数值模拟

为了研究稀土电解槽阳极生成气体对电场影响,利用CFD软件二次开发功能建立气-液两相流场-电场耦合模型,首次提出将电场电导率与阳极气体气含率关系相结合的稀土电解槽流场-电场耦合数值模拟,并对比有无阳极气体气含率影响的电场电势云图及流场分布情况,研究发现,稀土电解槽阳极生成大量气体并在阳极表面形成动态气层,使得阳极附近熔盐扰动较为剧烈,其气液两相流区域的熔盐与阳极生成气体的混合相电导率受气体波动影响发生变化,熔体内部电场分布受到阳极生成气体影响,通过获取阳极深度175 mm、250 mm、300mm、350 mm、395 mm处的阳极生成气体气含率分布情况,发现气液混合相区域电导率随阳极生成气体气含率增高而增高,阳极上部生成气体气含率及动态气层厚度大于阳极下部,阳极气体气含率的熔体内部电场阳极上部电压降快于下部,电场等势线整体呈斜型分布,阳极上部部分区域电场等势线受到生成气体扰动影响呈现波动,同X坐标下槽内熔体电压上部小于下部,而电解槽底部由于为单相区,该处电场分布并未受到阳极气体直接影响。     

阴、阳极结构优化对稀土电解槽电热场的影响

针对稀土电解槽中阳极消耗后变形及阴极棒底部电流密度过大导致电热场分布不合理的现象,本文以某企业8 kA稀土电解槽为研究对象,运用COMSOL多物理场耦合软件对阳极倾角和阴极结构同时优化后的模型进行了三维电热场的模拟,并对电解槽的电热场分布进行分析研究。结果表明：在阴极棒底部优化成半球形结构后,阴极底部电流密度降低,且电解槽的下半部分电场分布更为均匀,改善了电解槽的局部过热的情况;阳极倾角适当增大,可以使槽内电压降低,高温区域向槽底转移;在阴极底部半球形结构条件下,当阳极倾角为8°、插入深度为320 mm时,电热场分布最为合理。     

稀土电解槽电场对阳极气体气含率分布影响的数值模拟

为了研究稀土电解槽内电场对阳极生成气体气含率的影响,本文利用FLUENT软件二次开发功能建立稀土电解槽电场模型,以此为基础进行了稀土电解槽电场与阳极气体气含率相关联数值模拟,并对比了有无加载电场模型的阳极气体气含率分布情况。研究发现,在阳极高度相同时未加载电场模型的阳极气体气含率均小于加载电场模型的阳极气体气含率,在阳极高度为0.250m时有无加载电场模型的阳极气体气含率差值最大,而后差值随阳极高度增大而减小,该发现更符合稀土电解槽运行的真实情况,为大型稀土电解槽的开发提供了理论依据。     

稀土电解槽阳极壁面上倾对气泡逸出过程的影响研究

为研究稀土电解后期阳极壁面向上倾斜对气泡逸出过程的影响,以3kA钕电解槽为研究对象、相似理论为基础,建立了电解过程的水模型物理实验平台,随后采用水模型实验法研究不同壁面上倾角度下气泡形状、直径、接触面积、滑移距离等参数随时间变化情况,上倾角度选取3°、5°、7°、10°和20°。结果显示,当壁面上倾角度过大时,气泡脱离时间延长,气泡成串脱离的现象消失,同时发生阳极效应,使电流效率降低,生产成本增加。为了与实际电解过程相符合,阳极壁面上倾角度不宜过大,以3°为佳。     

低枪位下氧枪射流对熔池作用的冷态实验研究

采用水力学模型进行了低枪位下顶吹射流对熔池作用的冷态实验,研究了枪位、气体流量、氧枪喷头类型等因素对冲击深度、喷溅量和熔池混匀时间等的影响.实验结果发现,喷孔倾角增大时,射流冲击深度减小,熔池喷溅量较少,混匀时间相对较短.氧枪喷孔倾角为13°和17°时,其最小混匀时间对应枪位为60mm,冲击深度比为32%～50%;而氧...     

5kA级惰性阳极铝电解槽流场仿真研究

针对铝电解槽流场计算方法的不足,率先提出一种用于铝电解槽流场仿真计算的间接耦合方法,并使用此方法对5 kA级惰性阳极铝电解槽分别在电磁力、阳极气体、电磁力和阳极气体共同作用下的电解质和铝液流场分布情况进行了仿真计算。计算表明,计算方法能够合理计算出电解质和铝液在任一体积力作用下的流场分布。5 kA级惰性阳极铝电解槽电解质流动主要受阳极气体控制,铝液流动主要受电磁力控制。电解质在仅电磁力作用、仅阳极气体作用、电磁力和阳极气体共同作用下的平均流速分别为1.784 cm/s、3.657 cm/s、3.814 cm/s,铝液平均流速分别为1.295 cm/s、3.509 cm/s、3.696 cm/s。     

60kA底部阴极稀土电解槽阳极倾角对流场影响的数值模拟

为研究60 kA底部阴极稀土电解槽内阳极倾斜角度对熔盐流动的影响,利用CFD(Computational FluidDynamics)软件,建立相应的数学模型,模拟电解槽内的气液两相流动情况,分别对阳极倾角为3°、7°、11°和15°的电解槽内电解质的流动进行模拟研究。通过比较分析,得出了最佳倾斜角度,为该电解槽的优化设计提供了理论依据。     

稀土电解槽阳极气体表观速度对其流场影响的数值模拟

利用CFD软件建立了3kA稀土电解槽气-液两相流数学模型,通过阴极金属生成量计算阳极表面不同深度的气体表观速度,首次提出将阳极气体表观速度的计算与稀土电解槽流场的数值模拟相结合。对比阳极深度分别为0.250、0.300、0.350、0.395m的有无加载表观速度的阳极气体流场的分布情况,结果表明,在同坐标下优化后的加载表观速度的阳极气体速度均大于未加载表观速度的阳极气体速度,且前者槽内熔体扰动大于后者。此结果为稀土电解槽流场实际运行情况提供了理论依据。     

矿井采空区倾角对易燃气体富集分布特征的影响研究

为准确掌握矿山井下易燃气体的分布及流动规律,加大矿区地质灾害的防治力度,其中矿井采空区不同倾角对易燃气体的储存和分布有重要的影响,本文利用FLAC3D(Fast Lagrangian Analysis of ontinuain 3 Dimensions)软件作模拟分析,针对矿层各个倾角下易燃气体储存空间的分布特征作探究...     

10kA底部阴极稀土熔盐电解槽电场的模拟

针对当前上插阴、阳极结构稀土熔盐电解槽存在的一些弊端,设计了10kA底部阴极电解槽,并用有限元ANSYS软件对该槽型中的电场进行了数值模拟,得到三种极距下电场的电位及电场强度分布,发现该槽型的设计是合理的.     

稀土熔盐电解槽电场的数值模拟

利用有限元软件ANSYS建立了稀土电解槽的电极及熔体整体电场数学模型。对电解槽的电极插入不同深度及不同极间距的电场进行了数值模拟,得出了电解槽的电位及电流密度分布和电位及电流密度在电极表面的分布曲线,为熔盐稀土电解槽其他场的分析提供了更准确的边界条件。     

稀土熔盐电解槽电场的仿真模拟

利用有限元软件ANSYS具有的多重单元、多重属性的特点,建立了稀土电解槽的电极及熔体整体电场数学模型。对电解槽的电极插入不同深度及不同极间距的电场进行了仿真模拟,得出了槽电压及电位分布与电极插入不同深度及不同极间距的关系。     

10kA底部阴极稀土熔盐电解槽流场的模拟

针对当前上插阴、阳极结构稀土熔盐电解槽存在的一些弊端,设计了10kA底部阴极电解槽,并用商业CFD软件FLUENT对该槽型中的流场进行了数值模拟,得到三种极距下电解质和阳极气体的速度分布,发现该槽型的设计是合理的.     

6 kA方型稀土电解槽电场的研究

研究了阴极阳极变化对于6 kA方型稀土电解槽电场的影响,并在此基础上分析阴极半径的范围,为电解槽设计改造提供了参考依据。     

Distribution of the DC current over the surface of the liquid-metal anode and in the bulk of the PbCl<Subscript>2</Subscript>-KCl electrolyte

The distribution of the dc current in a cylindrical electrolytic cell over the surface of a liquid-metal anode and in the bulk of a PbCl₂-KCl electrolyte is investigated using the methods of construction of the electric field and direct study of the distribution of metal over the electrode surface at t = 550°C. It is found that the true current density varies by a factor of more than 2 upon movement over the surface of a lead anode in a complex-shaped electrolytic cell. The distribution of the bulk current density is plotted.     

Investigation of Anodic Gas Film Behavior in Hall–Heroult Cell Using Low Temperature Electrolyte

A novel one-fourth scale low temperature electrolytic model of the Hall–Heroult cell was constructed to investigate the electrolytic bubble formation, coalescence, and movement under the horizontal anode surface. The principles of geometric and dynamic similarities were applied in developing this model electrolytic cell for the first time. A 0.28 M aqueous CuSO₄ + 20 pct H₂SO₄ solution was used as the electrolyte. Analogous to the Hall–Heroult cell, copper (Cu) was deposited at the cathode and oxygen (O₂) bubbles were generated underneath the anode. The bubble generation mechanism, development, coalescence, and detachment underneath the anode were observed using a high speed camera. It was found that electrolytic bubbles were generated uniformly under the entire anode surface and grew through gas diffusion and coalescence. With increasing current density (CD) and anode inclination angle to the horizontal, bubble velocity increased underneath the anode surface. Moreover, the bubble layer thickness and bubble sizes decreased with an increase in anode inclination angle. Bubble coverage under the anode also decreased with increasing anode inclination angle, but was found to be insensitive to the change in CD. Finally, the calculated bubble resistance was found to decrease with increasing anode angle.     

熔盐制钠电解槽电场数值模拟研究

利用有限元软件ANSYS具有的多重单元、多重属性的特点,建立了四阳极熔盐制钠电解槽的电极及熔体整体三维电场数学模型。对电解槽不同极间距的电场进行了数值模拟,得出了电解槽的电位及电流密度分布规律,模拟结果与现场极间距0.206m的生产电解槽比较吻合,可为熔盐制钠电解槽优化设计提供参考。     

氯化物熔盐电解槽电热场模拟分析

氯化物熔盐电解槽在电解过程中受温度影响很大,有必要对电解槽中的电热场进行分析计算。利用COMSOL软件建立三维氯化物熔盐电解槽电热场模型,得到槽内电势和温度分布,分析电解槽的热平衡,在热平衡的基础上,计算电解槽结构参数对电热场的影响,并推导出放大方程。计算表明,缩短阴阳极间距,增大阴极高度、阴极半径、阳极半径及电解质液面高度可以在热平衡的条件下提高电流强度,依据无因次关系式可进行结构优化设计或电解槽放大设计而不需要复杂的建模,可以节省计算资源。     

镝铁阴极电蚀对稀土电解槽的电解特性影响分析

随着稀土熔盐电解槽电解过程的进行，阴极形状会随着时间的推移发生电腐蚀，电解槽底部阴极锥角α不断增大，对电解效率与热场产生了一定影响.以越南镝铁阴极稀土电解槽为研究对象，利用COMSOL多物理场耦合软件，计算了稀土电解槽中阴极不同电解阶段不同阴极形状的电解特性参数，得到了电解槽中不同阴极锥角α值与最大电流密度关系曲线图，并分析了电解槽内阴极电蚀对整个电解反应过程的影响，为电解槽的后期维护提供了参考依据.