铝电解槽内铝液界面Marangoni对流传质特性研究

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1、中图分类号Ⅱ墨21；至QQ21：垒UDC620硕士学位论文学校代码!Q53圣密级公珏铝电解槽内铝液界面Marangoni对流传质特性研究Marangoniconvectiontransfercharacteristicsofbath／metalinterfaceinaluminumreductioncell作者姓学科专研究方学院(系、指导教名：罗文旭业：动力工程及工程热物理向：热能工程所)：能源科学与工程学院师：李贺松论文答辩日期兰里!至：苎!近答辩委员会主席中南大学二零一三年五月一夺一二，半丑月原创性声明本人声明，所呈交的学位论文是本

2、人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名：耻学位论文版权使用授权书本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科学技术信息

3、研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》，并通过网络向社会公众提供信息服务。作者签名：业导师签名地日期：2哆年』月立日中南大学硕士学位论文摘要铝电解槽内铝液界面Marangoni对流传质特性研究摘要：铝电解槽作为铝冶炼的重要设备，其运行性能体现着铝冶炼行业的技术水平。在工业生产中，槽内熔体流动状况是衡量铝电解槽工作性能的重要指标。建立合理可靠的槽内熔体流动传质模型，得到熔体流动的准确形态和槽内熔体的浓度分布，对铝电解槽的优化设计及生产工艺的改革创新有着重要的理论与实践意义，为我国铝冶炼工业实现进一步节能降耗的目标奠定基础。本文

4、在国家自然科学基金青年基金项目．‘‘磁场中两层流体的Marangoni对流传质特性研究"的资助下，针对当前国内外对铝电解流动数学模型中铝液／电解质界面张力、铝液／电解质相间传质等研究的不足，开发一套精度较高的能反映实际工业工程的铝电解槽内熔体流动传质模型，探索了铝液扩散机理及影响因素。本文的主要创新点及研究成果如下：(1)建立了铝电解槽铝泐电解质稳态两相流模型，实现了该模型下全域流场及铝液／电解质界面变形的模拟仿真。对某175KA系列铝电解槽的全槽流场进行了稳态研究，结果表明，铝电解槽中的不同高度界面的流场较为一致，四个界面上的速度矢量

5、都呈现出两个轴对称的大漩涡——左边的大漩涡是逆时针方向的，右边的则是顺时针方向；此外，在烟道端、出铝端和大面中部位置，存在大小不一的小漩涡。仿真结果与测试结果基本一致。(2)基于槽内铝溶解损失机理分析，并结合多相流相间传质机理，建立了基于熔体流场的铝液传质输运模型，得出了铝电解槽极距区间铝液浓度分布。应用本模型分析某175KA系列工业铝电解槽的极距区间铝液溶解过程。结果表明，由于工业槽内熔体流速及湍流扩散的区域性差异，在达到饱和浓度之前，进电侧的铝液浓度比出电侧的铝液浓度低。对流扩散几乎决定了铝液的浓度分布。(3)针对前人建立的铝电解槽

6、流场计算模型中忽视了铝液／电解质界面表面张力的不足，本文建立了铝电解槽内Marangoni对流传质的数学模型，重点研究了Marangoni对流对熔体运动的影响。计算结果表明，铝电解槽中的Marangoni对流不处于主导地位，Marangoni对流驱动的熔体流速的数量级为10一m／s，和铝电解槽内实际流速数量级10。1m／s相比可以忽略。但是Marangoni对流一定程度上增大了铝液传质系数。中南大学硕士学位论文摘要(4)本文比较了不同磁场下的熔体流动和铝液传质。经计算发现Bx、BY、Bz对熔体流速的影响不大；但是减小Bz，将会增加铝液／

7、电解质界面的起伏程度。不同磁场下，铝液传质系数差别明显。图37幅，表20个，参考文献98篇关键词：铝电解槽；熔体运动；铝液浓度；数值模拟；两相流分类号：TF821；TQ021．4中南大学硕士学位论文Marangoniconvectiontransfercharacteristicsofbath／metalinterfaceinaluminumreductioncellABSTRACT：Aluminumreductioncellplaysaveryimportantroleinaluminumsmeltingprocess，itsoper

8、atingperformancereflectsthetechnologicallevelofthealuminumsmeltingindustry．Thetankmeltflowinindustrialp