鋁電解槽內(nèi)熔體渦運動與氧化鋁輸運過程的數(shù)值模擬研究.pdf

1、現(xiàn)代預焙鋁電解槽為一個典型多場作用下的多相流系統(tǒng)，具備明顯的渦運動特征，其運動形態(tài)及相間物質輸運直接關系電解槽能耗。本文旨在建立合理可靠的數(shù)學模型，進行全面而細致的鋁電解槽多組分多相流場研究，揭示槽內(nèi)流體運動和氧化鋁輸運過程的規(guī)律，為現(xiàn)代大型鋁電解槽的結構設計和工藝優(yōu)化提供重要的理論基礎和技術手段。
　　 本論文在國家自然科學基金項目的資助下，針對當前國內(nèi)外鋁電解槽流場研究中缺乏定量的渦結構解析方法且對氧化鋁輸運過程的研究不夠深

2、入等缺陷，提出了一種渦分析方法，同時建立較為完善的用于模擬鋁電解槽內(nèi)氧化鋁輸運過程的數(shù)學模型，并成功應用于實際鋁電解槽的熔體運動分析與下料點配置的設計等領域。論文的主要工作及成果如下:
　　 (1)針對鋁電解槽內(nèi)熔體呈現(xiàn)明顯渦運動的特點，提出并使用渦量法和旋轉強度法實現(xiàn)了電解質-鋁液-陽極氣泡三相流場渦結構流動形態(tài)的精確定量解析。結果表明電解質的渦運動受陽極氣泡和電磁力的共同作用，但二者的作用特點有所不同:陽極氣泡溢出過程的攪動

3、作用導致陽極周圍成對出現(xiàn)較小尺度的渦且其垂直渦量呈現(xiàn)反向對稱的特點;而電磁力則導致部分陽極底掌區(qū)域出現(xiàn)較大尺度的渦，電磁場的不均勻分布導致了渦結構的不對稱性。
　　 (2)建立了鋁電解槽內(nèi)氧化鋁輸運過程的多組分多相流瞬態(tài)模型，實現(xiàn)了全槽氧化鋁濃度分布情況的瞬態(tài)解析。計算發(fā)現(xiàn)氧化鋁輸運受熔體流動推動，其分布呈漩渦狀特點，并具有顯著的時間性和槽內(nèi)空間性差異。單因素研究表明陽極氣泡作用是促進氧化鋁輸運的主要推動力;而電磁力的作用強度雖