鋁電解槽陽(yáng)極氣泡的生成機(jī)理和運(yùn)動(dòng)規(guī)律.pdf

1、鋁電解槽內(nèi)的陽(yáng)極氣體對(duì)工業(yè)鋁電解槽的運(yùn)行起著十分重要的作用。無(wú)論是對(duì)常規(guī)鋁電解槽的正常運(yùn)行和減小能耗等還是對(duì)于導(dǎo)流型鋁電解槽的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)，對(duì)鋁電解槽中陽(yáng)極氣泡行為的研究都顯得十分重要。 本文以國(guó)家“973”項(xiàng)目“提高鋁材質(zhì)量基礎(chǔ)研究”的子課題“新型導(dǎo)流型鋁電解槽設(shè)計(jì)基礎(chǔ)研究”(G19990649003)為依托，對(duì)陽(yáng)極氣泡的生長(zhǎng)、運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行了理論研究，建立了一系列數(shù)學(xué)模型；針對(duì)陽(yáng)極氣泡的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，設(shè)計(jì)出冷態(tài)模擬試驗(yàn)；并利用商業(yè)軟

2、件對(duì)單塊陽(yáng)極下的陽(yáng)極氣泡推動(dòng)電解質(zhì)的流動(dòng)進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。 本文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)及結(jié)論如下： (1)對(duì)陽(yáng)極氣泡的生長(zhǎng)機(jī)理和運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行了理論研究，建立的數(shù)學(xué)模型包括：在陽(yáng)極底掌下氣泡尺寸模型、陽(yáng)極底掌下陽(yáng)極氣泡運(yùn)動(dòng)模型和陽(yáng)極氣泡豎直上升運(yùn)動(dòng)模型。結(jié)果表明在陽(yáng)極的不同部位，陽(yáng)極產(chǎn)生的氣體向電解質(zhì)傳遞的速率不同，氣泡的生長(zhǎng)規(guī)律不同；氣泡在垂直陽(yáng)極底掌方向上的厚度有一定的限定；氣泡在陽(yáng)極底掌下的運(yùn)動(dòng)速度與陽(yáng)極底掌的傾斜角度以及自

3、身的體積大小有關(guān)；氣泡脫離陽(yáng)極后的豎直運(yùn)動(dòng)速度和自身氣泡的尺寸有關(guān)，不同尺寸的氣泡運(yùn)動(dòng)規(guī)律不同；大體積氣泡在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生變形、破碎以及和小氣泡的合并現(xiàn)象。 (2)采用硫酸銅溶液模擬工業(yè)電解質(zhì)，碳?jí)K作為陽(yáng)極，對(duì)工業(yè)鋁電解槽中陽(yáng)極氣體的生長(zhǎng)、合并以及運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了冷態(tài)模擬試驗(yàn)，研究了陽(yáng)極氣泡尺寸和運(yùn)動(dòng)規(guī)律。 (3)利用顆粒軌道模型和k-ε湍流模型，建立了單塊傾斜陽(yáng)極產(chǎn)生的氣泡推動(dòng)電解質(zhì)流動(dòng)的物理模型和計(jì)算模型，對(duì)氣泡推動(dòng)電解質(zhì)