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稀土电解槽气液两相流动对电解过程的影响研究

作　者: 刘宇新
导　师: 刘中兴
学　校: 内蒙古科技大学
专　业: 热能工程
关键词: 稀土电解槽流场数值模拟
分类号: TF845
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 83次
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内容摘要

冶金行业是能源消耗最多的行业之一,对于熔盐电解槽来说,降低其能耗不但会给社会带来能源消耗的降低,同时也会降低产品的成本,增加其市场竞争力。熔盐电解法是生产金属的重要工艺。对熔盐电解槽节能改造的优化设计,对冶金行业来说,有着重要的意义。电解槽内存在着复杂的物理场,而对流场的研究是认识其他物理场的基础。本文即是通过数值模拟的方法,以3KA稀土电解槽,对槽内阳极气体的产生对流体影响进行模拟研究。阳极气泡的产生上浮是影响流体流场的主要因素。众所周之,稀土电解槽阳极气泡形成是个电化学反应的过程,前人主要是运用气液两相流较物理的方式模拟气体的生成过程,而本文首次将表面化学反应模型与两相流模型结合在一起模拟电化学反应情况下气体自然生成对流场的影响。使研究过程进一步与本质相连,模拟更加真实的反应了电解的实际过程。其次,分析了在电化学反应情况下阳极自动生成气泡的同时,阳极电流密度的变化、电解槽电极插入深度的变化、电解槽极间距变化对于电解槽流场的影响。通过对比得到稀土电解槽较为理想的槽型结构。本课题作为应用基础研究,具有很强的针对性和实用性,其意义不仅在于理论上的探索,对生产实践的创新,更能为实际生产提供理论依据。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
引言  10-11
1 文献综述  11-33
  1.1 稀土电解槽的研究背景  11-16
    1.1.1 稀土及稀土电解槽的发展史及国内外发展现状  11-13
    1.1.2 熔盐电解制取钕及钕铁合金的研究现状  13-15
    1.1.3 现有稀土氟盐体系电解槽存在的问题  15-16
    1.1.4 电解槽的研究开发方向  16
  1.2 电解槽的电解原理  16-19
    1.2.1 电解原理及过程  16-17
    1.2.2 稀土氧化物熔盐体系电解的电极过程  17-19
  1.3 两相流研究综述  19-23
    1.3.1 气液两相流实验研究的发展  21-22
    1.3.2 气液两相流数值计算的发展  22-23
  1.4 本课题相关模型描述  23-33
    1.4.1 气液两相流模型  23-27
    1.4.2 湍流模型简介  27-31
    1.4.3 表面化学反应模型简介  31-33
2 课题的提出研究的目的和内容  33-35
  2.1 课题的提出  33
  2.2 研究的目的和意义  33-34
  2.3 研究的内容  34
  2.4 课题的创新点  34-35
3 3KA 稀土电解槽流场模拟及优化设计  35-53
  3.1 对象描述  35-36
  3.2 方程简化  36-37
  3.3 加化学反应模型下流场计算  37-38
  3.4 前人不加化学反应模型下流场计算  38-43
  3.5 稀土电解槽流场数学模型  43-44
  3.6 基本假设  44-45
  3.7 边界条件  45
  3.8 加表面反应与不加表面化学放应流场的对比分析  45-52
  3.9 本章小结  52-53
4 稀土电解槽各种不同工况对电解过程的影响研究  53-64
  4.1 阳极电流密度的不同对电解过程的影响  53-55
  4.2 阳极插入深度的不同对电解过程的影响  55-58
  4.3 不同阳极内径对电解过程的影响  58-63
  4.4 本章小结  63-64
结论  64-65
参考文献  65-68
在学研究成果  68-69
致谢  69

稀土电解槽气液两相流动对电解过程的影响研究

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