我國鋁電解工業(yè)發(fā)展迅速,年產(chǎn)鋁量已連續(xù)13年位居世界第一,高能耗問題制約著電解鋁工業(yè)的發(fā)展。電流效率是反映電解槽能耗的一項重要指標,其影響因素眾多,鋁液的溶解擴散損失是主要因素之一。目前國內(nèi)外對鋁液溶解擴散的研究相對較少,且主要停留在實驗階段。因此,研究鋁液擴散傳質(zhì)過程,建立鋁液擴散的數(shù)值模型對鋁電解工業(yè)節(jié)能降耗有著重要意義。本文以貴陽鋁鎂設(shè)計研究院的雙擴散模型項目為依托,研究了鋁電解槽內(nèi)多相流動規(guī)律和鋁液擴散傳質(zhì)機理,建立了350kA和420kA系列鋁電解槽流場計算模型和極距間鋁液湍流擴散模型,分析了氣液相間作用與流場和鋁液擴散之間的關(guān)系,計算分析了不同磁場工況對流場和鋁液濃度場的影響,并給出了相應槽型的磁場優(yōu)化方案或有效的節(jié)能措施。本文的主要研究成果如下：（1）考慮了鋁電解槽內(nèi)熔體復雜的相間作用力,選擇合適的湍流模型,并對湍流粘度進行修正,以CFX為計算平臺,建立了電磁力和氣泡驅(qū)動力共同作用下350kA和420kA系列鋁電解槽的三相流模型,分析了兩系列槽型的流動特征及陽極氣體行為對流動的的影響。（2）研究了鋁液擴散傳質(zhì)機理,考慮了濃度邊界層以及湍流傳質(zhì)對鋁液擴散過程的影響,建立了鋁... 

【文章來源】：中南大學湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：81 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
目錄
1 緒論
    1.1 鋁電解工業(yè)
        1.1.1 鋁電解概述
        1.1.2 我國鋁電解工業(yè)的發(fā)展
        1.1.3 我國鋁電解工業(yè)所面臨的問題
        1.1.4 鋁電解工業(yè)節(jié)能發(fā)展方向
    1.2 鋁電解槽電流效率
        1.2.1 電流效率的定義
        1.2.2 影響鋁電解槽電流效率的主要因素
        1.2.3 電流效率模型
    1.3 鋁電解槽流場
        1.3.1 鋁電解槽流場的研究意義
        1.3.2 鋁電解槽流場的研究進展
    1.4 鋁電解槽鋁液溶解擴散
        1.4.1 鋁液溶解擴散的研究意義
        1.4.2 鋁液擴散的研究進展
    1.5 計算傳質(zhì)研究
    1.6 本文研究內(nèi)容和意義
        1.6.1 項目研究意義
        1.6.2 課題研究的主要內(nèi)容
2 鋁電解槽三相流模型建立及應用
    2.1 鋁電解槽熔體及陽極氣體運動分析
    2.2 鋁電解槽液-液-氣三相流物理模型
        2.2.1 基本假設(shè)
        2.2.2 幾何模型及網(wǎng)格劃分
    2.3 鋁電解槽液-液-氣三相流模型
        2.3.1 多相流模型
        2.3.2 湍流模型
        2.3.3 曳力模型
        2.3.4 流動基本方程
        2.3.5 模型邊界條件及相關(guān)物性參數(shù)
    2.4 結(jié)果分析
        2.4.1 350kA系列槽速度場分布
        2.4.2 420kA系列槽速度場分布
        2.4.3 350kA系列槽湍流分布
        2.4.4 420kA系列槽湍流分布
        2.4.5 氣泡行為對湍流的影響
    2.5 模型驗證
    2.6 本章小結(jié)
3 鋁電解槽鋁液擴散傳質(zhì)模型建立及應用
    3.1 鋁液擴散傳質(zhì)數(shù)學模型
        3.1.1 湍流傳質(zhì)模型
        3.1.2 模型參數(shù)的確定
        3.1.3 鋁液接觸損失統(tǒng)計模型
        3.1.4 濃度邊界層模型
        3.1.5 電流效率計算
    3.2 物理模型及邊界條件
        3.2.1 幾何模型及網(wǎng)格劃分
        3.2.2 邊界條件
        3.2.3 濃度源項
    3.3 結(jié)果分析
        3.3.1 350kA系列槽鋁液濃度場分析
        3.3.2 420kA系列槽濃度場分析
    3.4 結(jié)果驗證
        3.4.1 鋁濃度分布驗證
        3.4.2 鋁損失驗證
    3.5 本章小結(jié)
4 磁場對鋁電解槽流場和鋁濃度場的影響
    4.1 鋁電解槽磁場工況選定
    4.2 磁場對流場的影響
        4.2.1 熔體速度分布計算分析
        4.2.2 熔體湍流計算結(jié)果分析
    4.3 磁場對鋁液擴散的影響
        4.3.1 鋁液濃度場計算結(jié)果分析
        4.3.2 電流效率分析模型
        4.3.3 磁場優(yōu)化思路
    4.4 本章小結(jié)
5 結(jié)論和展望
參考文獻
發(fā)表論文和參加科研情況
致謝


【參考文獻】：
期刊論文
[1]預焙陽極鋁電解技術(shù)研發(fā)進展[J]. 閆紹勇.  輕金屬. 2013(09)
[2]鋁電解節(jié)能技術(shù)現(xiàn)狀與思考[J]. 楊文杰,史志榮,焦慶國.  輕金屬. 2012(05)
[3]500kA電解槽用鋁電解多功能機組的開發(fā)與應用[J]. 高忠江.  有色設(shè)備. 2011(01)
[4]曳力模型對模擬鼓泡塔氣含率的影響[J]. 吳宗應,楊寧.  化工學報. 2010(11)
[5]淺議鋁電解工業(yè)的節(jié)能減排[J]. 侯光輝,邱仕麟,柴登鵬.  輕金屬. 2010(08)
[6]鋁電解生產(chǎn)工藝節(jié)能途徑[J]. 馮興春.  金屬世界. 2010(04)
[7]淺談中國鋁電解技術(shù)發(fā)展與進步[J]. 張勇,馬思聰,董遠霞.  世界有色金屬. 2008(01)
[8]-湍流模型及其在FLUENT軟件中的應用[J]. 熊莉芳,林源,李世武.  工業(yè)加熱. 2007(04)
[9]我國大型預焙陽極鋁電解生產(chǎn)與國際先進水平的差距[J]. 賈新武,李章存.  輕金屬. 2007(05)
[10]鋁電解陽極氣泡行為研究進展[J]. 王志剛,賴延清,劉偉,劉杰,伍玉云.  輕金屬. 2007(05)

博士論文
[1]鋁電解槽多物理場數(shù)學建模及應用研究[D]. 劉偉.中南大學 2008
[2]化工計算傳質(zhì)學的研究[D]. 孫志民.天津大學 2005
[3]流體力學傳質(zhì)計算新模型的研究和在塔板上的應用[D]. 劉伯潭.天津大學 2004
[4]鋁電解槽內(nèi)電磁流動模型及鋁液流場數(shù)值仿真的研究[D]. 周萍.中南大學 2002

碩士論文
[1]鋁電解過程多物理場分析[D]. 王蓉娟.北方工業(yè)大學 2013
[2]鋁電解供電監(jiān)控系統(tǒng)的綜合自動化設(shè)計與實現(xiàn)[D]. 田鑫.電子科技大學 2013
[3]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[D]. 張翮輝.中南大學 2012
[4]200kA級鋁電解槽綜合節(jié)能技術(shù)的開發(fā)和應用[D]. 李有國.中南大學 2010
[5]鋁電解槽內(nèi)熔體運動數(shù)學建模及應用研究[D]. 徐宇杰.中南大學 2010
[6]基于陽極電流波動信號的鋁電解槽槽況診斷方法研究[D]. 殷小寶.中南大學 2010
[7]基于速度場的鋁電解槽電流效率的研究[D]. 李春旺.華中科技大學 2006
[8]鋁電解槽內(nèi)電解質(zhì)流場的數(shù)值模擬研究[D]. 夏小霞.中南大學 2005
[9]大型鋁電解槽設(shè)計參數(shù)的選擇與優(yōu)化研究[D]. 萬押平.中南大學 2004



本文編號：3191950