一、三种湍流模型对Al电解槽内Al液流场预测的比较及其工业测试（论文文献综述）
王富强,王兆文,张钦菘,赵志彬,陶绍虎,刘伟,杨晓东[1]（2020）在《铝电解槽极距的计算方法及验证》文中研究表明本文介绍了电解槽平均极距及极距分布的计算和测量方法,通过测试和取样化验相结合的方式分析了炭渣对极距的影响,列举了极距诊断的真实案例,并针对极距偏低和极距分布不均匀的问题提出了解决方案。经过一年的跟踪试验,试验槽取得了电流效率提高0.7个百分点、吨铝直流电耗降低145 kWh的良好效果。
周润[2]（2015）在《420KA吕电解槽电—磁—流场仿真研究》文中进行了进一步梳理铝电解槽生产铝是一个涉及到电、磁、热、力、流等多物理场耦合变化的复杂过程。铝电解槽内部电-磁-流场的研究涉及到电磁学和流体力学等多个学科的交叉,具有重要的学术价值。另一方面,对铝电解槽内多物理场的认识可以优化铝电解生产工艺,有利于电解槽生产效率、槽寿命等重要指标的提升,因此具有重要的工程意义。由于铝电解槽运行过程的复杂性,涉及高温、高电流、多物理场耦合,实验测量槽内电磁流场的变化通常难以实现,因此,数值模拟现已成为研究铝电解槽内各物理场变化规律,探寻其物理机理的重要手段。本文采用数值模拟的方法对某420KA电解槽的电-磁-流场进行了建模和仿真计算,重点探讨了电磁力与气泡作用对铝电解槽流场的影响,分析了不同方向上的磁场对电解槽流场的影响,同时还对电解槽的各个工况、异型阴极情况进行了计算模拟分析。本文的主要研究工作和创新性成果如下:（1）基于多仿真平台构建了电解槽电磁流耦合计算模型。首先,采用了SolidWorks软件建立了一个精细的420KA铝电解槽全槽几何模型;在此基础上,通过Maxwell软件对其进行了电磁场分析;然后,在CFX平台上建立了三相流稳态流场模型并进行了流场计算;最后,得到了正常情况下铝电解槽内的流场形态和电解质-铝液界面形状。（2）通过计算模拟,重点探讨了电磁力和气泡对铝液流场的作用,并比较了不同方向上磁场对流场的影响。研究结果表明:气泡能够减缓铝液的流速;电解质-铝液界面的变形主要受X方向磁场的影响;槽内的流场形态则是X方向和Y方向磁场共同影响的结果,Y方向磁场的增强会增强铝电解槽两端的两个大涡,X方向磁场的增强则会使槽内局部流动更加激烈。（3）考虑到铝电解生产过程和工艺的复杂性,本文对不同铝水平、换极工况以及异型阴极等进行了建模和计算分析。结果表明:当铝水平为23cm和25cm时,铝液平均流速和电解质-铝液界面变形量均相对较小,但当铝水平为27cm时,流场中形成了4个完整的大涡;电解槽边角处换极对电解槽流场的整体影响大于中间部位的换极;异型阴极的采用可明显降低铝液的平均流速。
韦隆和[3]（2014）在《铝电解槽铝液扩散传质过程数值模拟及其应用研究》文中认为我国铝电解工业发展迅速,年产铝量已连续13年位居世界第一,高能耗问题制约着电解铝工业的发展。电流效率是反映电解槽能耗的一项重要指标,其影响因素众多,铝液的溶解扩散损失是主要因素之一。目前国内外对铝液溶解扩散的研究相对较少,且主要停留在实验阶段。因此,研究铝液扩散传质过程,建立铝液扩散的数值模型对铝电解工业节能降耗有着重要意义。本文以贵阳铝镁设计研究院的双扩散模型项目为依托,研究了铝电解槽内多相流动规律和铝液扩散传质机理,建立了350kA和420kA系列铝电解槽流场计算模型和极距间铝液湍流扩散模型,分析了气液相间作用与流场和铝液扩散之间的关系,计算分析了不同磁场工况对流场和铝液浓度场的影响,并给出了相应槽型的磁场优化方案或有效的节能措施。本文的主要研究成果如下：（1）考虑了铝电解槽内熔体复杂的相间作用力,选择合适的湍流模型,并对湍流粘度进行修正,以CFX为计算平台,建立了电磁力和气泡驱动力共同作用下350kA和420kA系列铝电解槽的三相流模型,分析了两系列槽型的流动特征及阳极气体行为对流动的的影响。（2）研究了铝液扩散传质机理,考虑了浓度边界层以及湍流传质对铝液扩散过程的影响,建立了铝液扩散传质模型。分析了极距间铝液浓度分布特征,计算结果表明铝液溶解扩散与电解槽流场密切相关,速度较大的区域浓度边界层较薄,扩散速率大。分析极距间铝液浓度分布发现,在浓度边界层内,铝浓度急剧下降至10-5级别,湍流传质区浓度变化不大,而阳极底部铝粒子被氧化,浓度显着降低。极距间浓度分布趋势与国内学者实验测试结果较为吻合。（3）不同磁场工况下的流场和浓度场计算结果表明：电磁力和气泡作用力共同影响铝液扩散过程,当磁场降低到一定程度,气泡行为主导铝液扩散过程；不同槽型的母线配置不同,各方向磁场对流动而扩散略有差别。（4）350kA系列槽Y方向磁场对铝损失的影响较大,优化Y方向磁场效果更佳。X方向磁场增幅超过10%后铝损失显着增加,因此优化Y方向磁场同时应保证X方向磁场增幅不超过10%。420kA系列铝电解槽母线配置比较合理,进一步优化磁场的空间较小,但该系列槽极距相对较低,可采用开槽阳极或穿孔阳极来促进阳极气体逸出,降低气体对流场和扩散的影响,更有利于电流效率的提高。（图52幅,表11个,参考文献79篇）
罗文旭[4]（2013）在《铝电解槽内铝液界面Marangoni对流传质特性研究》文中研究说明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）建立了铝电解槽铝液／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10-3m/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。（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／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。
张翮辉[5]（2012）在《铝电解槽内熔体涡运动与氧化铝输运过程的数值模拟研究》文中研究表明现代预焙铝电解槽为一个典型多场作用下的多相流系统,具备明显的涡运动特征,其运动形态及相间物质输运直接关系电解槽能耗。本文旨在建立合理可靠的数学模型,进行全面而细致的铝电解槽多组分多相流场研究,揭示槽内流体运动和氧化铝输运过程的规律,为现代大型铝电解槽的结构设计和工艺优化提供重要的理论基础和技术手段。本论文在国家自然科学基金项目的资助下,针对当前国内外铝电解槽流场研究中缺乏定量的涡结构解析方法且对氧化铝输运过程的研究不够深入等缺陷,提出了一种涡分析方法,同时建立较为完善的用于模拟铝电解槽内氧化铝输运过程的数学模型,并成功应用于实际铝电解槽的熔体运动分析与下料点配置的设计等领域。论文的主要工作及成果如下：（1）针对铝电解槽内熔体呈现明显涡运动的特点,提出并使用涡量法和旋转强度法实现了电解质-铝液-阳极气泡三相流场涡结构流动形态的精确定量解析。结果表明电解质的涡运动受阳极气泡和电磁力的共同作用,但二者的作用特点有所不同：阳极气泡溢出过程的搅动作用导致阳极周围成对出现较小尺度的涡且其垂直涡量呈现反向对称的特点；而电磁力则导致部分阳极底掌区域出现较大尺度的涡,电磁场的不均匀分布导致了涡结构的不对称性。（2）建立了铝电解槽内氧化铝输运过程的多组分多相流瞬态模型,实现了全槽氧化铝浓度分布情况的瞬态解析。计算发现氧化铝输运受熔体流动推动,其分布呈漩涡状特点,并具有显着的时间性和槽内空间性差异。单因素研究表明阳极气泡作用是促进氧化铝输运的主要推动力；而电磁力的作用强度虽不及阳极气泡,但其影响范围更为广泛,可推动氧化铝输运至全槽的各个区域。（3）对大型预焙铝电解槽下料点的优化配置进行了仿真对比研究,并以此提出下料器配置准则。仿真结果表明,氧化铝下料点处于阳极中缝与间缝的交叉位置时可有效利用阳极气泡的搅动作用击碎氧化铝料堆从而有助于氧化铝的及时分散；而将下料点布置在电解质流场中较大尺寸的涡的边缘且流线密集的区域,则有利于氧化铝向全槽的较大范围进行输运。
李剑虹,涂赣峰,戚喜全,毛继红,吕定雄,冯乃祥[6]（2012）在《300kA、400kA铝电解槽铝液液面波动的实时监测与分析》文中认为采用等距压降法在工况条件下分别对300kA和400 kA系列电流阴极炭块普通组合、高低组合以及端头槽和非端头槽等两种不同进电方式的四台电解槽的阳极导杆电流进行了工业测试。根据测试曲线的波动周期、波幅和相位差详细地分析了槽内铝液的波动传递及铝液水平方向上形成的漩涡状态,列举了阳极效应发生时阳极导杆等距压降曲线的典型特征,通过计算研究了阳极电流分布的均匀性,并提出了改善阳极电流分布均匀性的建议。
刘志明,王跃勇,李旺兴,周益文[7]（2011）在《基于两相流动的铝电解槽磁流体流场数值仿真》文中研究指明为了对铝电解槽内磁流体的两相流动和界面波动进行深入了解,通过ANSYS和CFX相结合的方法,把洛伦兹力作为动量源相,对160 kA铝电解槽内的磁流体流动进行了两相流数值仿真.仿真结果表明:铝液和电解质的流动均呈两个漩涡;铝液的平均流速为0.147 6 m/s,最大流速为0.287 9 m/s;电解质的流速偏小,平均流速为0.116 5 m/s,最大流速为0.286 6 m/s;电解质和铝液的界面变形范围为-0.029～0.035 m.将流速计算结果与实测值进行了对比,表明对基于两相流动的铝电解槽内磁流体进行数值仿真可以帮助了解铝电解槽内的流场,为进一步优化研究提供了依据.
李剑虹,涂赣峰,戚喜全,毛继红,冯乃祥,赵新亮,钱建勋[8]（2011）在《300kA级铝电解槽阳极电流分布实时监测与铝液波动分析》文中研究表明采用铝电解槽铝液液面波动实时监测系统在工况条件下对某厂300kA级铝电解槽进行测试,获取阳极导杆等距压降波动数据曲线,根据曲线的波动周期、波幅和相位差推断电解槽内铝液的波动状态及铝液形成的漩涡状态。实践证明,该监测系统及监测方法可以良好地反映铝电解槽内铝液实时的运动状态,是实现铝电解槽流体运动在线监测与分析的一种简单、易行的操作方案,对电解槽的生产运行管理具有指导性的意义。
贾明[9]（2011）在《氟化物熔盐体系中Si的电化学提取与提纯》文中认为太阳级Si的低成本高效率制备是光伏产业发展的迫切需求,也是国家能源战略的重要组成部分。论文在博士点基金、湖南省研究生创新项目和中南大学优博扶植基金的资助下,以制备高纯Si和含Si合金为目标,开展氟化物熔盐体系中Si的电解提取与电解精炼研究,探讨了氟化物熔盐体系中多种组元的热力学沉积条件,研究了Si在固态电极和液态金属电极上的电化学行为,研究了Na3A1F6-SiO2体系中Si的电解提取工艺,提出并研究了Si的三层液和水平式熔盐电解精炼工艺,主要研究结果如下：（1）基于自由能计算获得了氟化物熔盐体系中主要元素的电极电位和电沉积序,结合实际组元浓度获得了Si的单一沉积临界条件。Sr、Mg、Ca等元素因电极电位比Si负,不会与Si共沉积；而Fe、Cu、P等元素在电解质中的浓度大于理论计算获得的“极限浓度”时,会先于Si电沉积析出,从而影响沉积Si的纯度。（2）揭示了Si在氟化物熔盐体系中的电沉积机理,建立了沉积Si在液态阴极中的传质模型,获得了低熔点合金元素扩散系数和活度系数等难以直接测量的基础数据。在Na3A1F6熔体中阳离子的还原序为Si、A1及Na,通过控制电解质中Si离子浓度和沉积电位,可以实现单质硅的沉积。Si在不同液态金属中的扩散系数差异显着,Cu-Si熔体中Si的扩散系数比A1-Si熔体中要高两个数量级。A1-Si合金中硅浓度为3.230×10-5mol/cm3时活度系数为0.387,浓度为6.457×10-5mol/cm3时活度系数为0.435。（3）揭示了原料、电极材料和电解工艺参数对Na3A1F6-SiO2熔盐中电解提取Si的电流效率和产物纯度的影响规律。固态电极上电解硅的纯度高于99.9%,主要杂质为A1、Fe、Ti等。电解槽容量和电流的增大可显着提高电流（收集）效率,200A电解20h后阴极A1-Si合金中Si的平均含量高于18%,部分区域合金中Si含量达到40%。与冶金Si相比,以液态Al为阴极电解制备A1-Si合金所分离出单质Si纯度更高,其中杂质B和P含量分别降低到3.3和10.2ppmw,含量低于10ppmw的其它杂质元素有Ti、Ni和Cu。（4）通过三层液熔盐电解精炼实现了Si的提纯。电解精炼过程可以在大电流密度（400mA/cm2）下平稳进行,电解阳极电流效率高于95%。与直接熔配合金相比,三层液精炼制备Al-Si合金中B和P的含量分别由32.7和32.5降低到4.8和12.4ppmw,合金总的纯度也由99.950%提高到99.987%,其中分离得到的单质Si中的B和P的含量最低分别为2.2和6.5ppmw。熔盐电解及精炼制备的Al-Si合金更适合作为合金凝固提纯制备太阳级Si的原料。（5）发展了基于液态电极的水平式熔盐电解精炼Si的新方法,突破了三层液熔盐电解中电解质和电极材料密度差异对精炼体系的限制。水平式精炼过程在高达800mA/cm2电流密度下运行平稳,电流效率达到98.6%,水平槽型电流密度分布不均匀特点并未对电解精炼带来不利影响。以Al为阴极水平精炼Si时的收集效率较低,随着电流密度的增大,收集效率从50mA/cm2时的32%降低到400mA/cm2的15%,而以Cu-8wt%Si合金为阴极时收集效率最高可达78%。（6）提出了从SiO2到太阳级Si的熔盐电化学-合金凝固提纯工艺原型。针对合金凝固提纯方法目前所存在的除杂效率和产品纯度问题,采用熔盐电化学方法提高合金原料纯度,同时利用水平精炼来实现高纯Al的循环利用。与西门子法相比,该工艺更简单,估算综合能耗仅为58.4kWh/kg。
徐宇杰[10]（2010）在《铝电解槽内熔体运动数学建模及应用研究》文中指出铝电解槽是工业炼铝的核心设备,其工作性能决定了铝电解工业的整体技术水平。在工业生产中,槽内熔体运动直接影响铝电解槽的工作性能,建立先进可靠的铝电解流体模型实现对槽内熔体流动行为的准确解析对于大型铝电解槽的优化设计以及生产工艺的改进有着十分重大的意义,亦是铝电解工业实现进一步提效节能目标的重要基础之一。本文在“863”计划、“973”计划以及国家自然科学基金项目的资助下,针对当前国内外铝电解流体建模研究中存在的铝液和电解质流场分开计算、电流效率分析未联系熔体运动、气泡影响未深入考察等缺陷,开发出一套较完善的与工业体系相符性好的铝电解流体计算模型,并成功将其应用于实际铝电解槽的熔体运动及电流效率分析。本文的主要创新点及研究成果如下：（1）从充分考虑槽内各相流动的联系和熔体运动的整体性出发,建立了铝电解槽铝液-电解质-气泡稳态三相流非均相模型,实现了一个模型下全域流场及铝液-电解质界面分布的一体化数值解析。应用三相流模型对实际工业铝电解槽的全槽流动进行了稳态研究,结果表明,电磁力和阳极气泡搅动作为槽内流体的两种主要驱动力,前者趋向于形成大涡环流,而后者趋向于形成以阳极为单位的小涡环流,由于所受驱动力的差异,铝液和电解质的流场呈现不同特征,另外,在气泡作用的影响下,铝液-电解质界面上存在较清晰的阳极投影区。（2）基于铝电解电流损失机理分析,并结合多相流相间传质理论,建立了联系熔体流场的电流效率全域解析模型,实现了大型铝电解槽电流效率及其在槽内具体分布的理论计算。应用本模型分析实际工业槽的电流效率,结果表明,由于工业槽内阴极电流密度和流体湍动能耗散率的区域性差异,阳极下方区域的电流效率明显高于槽内其它区域。（3）根据铝电解槽内流体体系的浅水特征,建立了适用于铝电解槽瞬态流动分析的非线性浅水模型,实现了槽内铝液流场、电解质流场以及铝液-电解质界面波动的瞬态数值计算；在此基础上,将阳极气泡作用有效引入非线性模型,进一步提高了瞬态计算的可靠性。基于非线性模型的瞬态研究表明：减小极距,铝液-电解质界面波动由稳定趋向于不稳定；减小铝液中的垂直磁场能显着改善磁流体稳定性；阳极气泡能削弱电解质-铝液界面的瞬时波动,但同时增大了铝液-电解质界面稳定后的变形程度。
二、三种湍流模型对Al电解槽内Al液流场预测的比较及其工业测试（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、三种湍流模型对Al电解槽内Al液流场预测的比较及其工业测试（论文提纲范文）
（1）铝电解槽极距的计算方法及验证（论文提纲范文）
| 1 平均极距的计算方法 |
| 1.1 理论平均极距 |
| 1.2 炭渣对极距的影响 |
| 2 极距分布的计算方法 |
| 3 低极距的解决方案 |
| 4 其它铝厂的极距状况 |
| 5 结 语 |
（2）420KA吕电解槽电—磁—流场仿真研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 国内外研究动态 |
| 1.3 本文研究内容 |
| 2 电-磁-流场建模及计算分析 |
| 2.1 铝电解槽结构和原理 |
| 2.2 电-磁场建模及计算 |
| 2.3 流场建模及计算 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 电磁力和气泡对电解槽流场的影响 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 电磁力与气泡对电解槽内熔体运动的影响 |
| 3.3 不同方向磁场对的流场影响 |
| 3.4 不同出气边界设置结果比较 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 电解槽各工况及异型阴极对流场的影响 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 不同铝水平电解槽流场 |
| 4.3 不同换极工况下铝电解槽流场 |
| 4.4 异型阴极电解槽流场 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 结论与展望 |
| 5.1 结论 |
| 5.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
（3）铝电解槽铝液扩散传质过程数值模拟及其应用研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 目录 |
| 1 绪论 |
| 1.1 铝电解工业 |
| 1.1.1 铝电解概述 |
| 1.1.2 我国铝电解工业的发展 |
| 1.1.3 我国铝电解工业所面临的问题 |
| 1.1.4 铝电解工业节能发展方向 |
| 1.2 铝电解槽电流效率 |
| 1.2.1 电流效率的定义 |
| 1.2.2 影响铝电解槽电流效率的主要因素 |
| 1.2.3 电流效率模型 |
| 1.3 铝电解槽流场 |
| 1.3.1 铝电解槽流场的研究意义 |
| 1.3.2 铝电解槽流场的研究进展 |
| 1.4 铝电解槽铝液溶解扩散 |
| 1.4.1 铝液溶解扩散的研究意义 |
| 1.4.2 铝液扩散的研究进展 |
| 1.5 计算传质研究 |
| 1.6 本文研究内容和意义 |
| 1.6.1 项目研究意义 |
| 1.6.2 课题研究的主要内容 |
| 2 铝电解槽三相流模型建立及应用 |
| 2.1 铝电解槽熔体及阳极气体运动分析 |
| 2.2 铝电解槽液-液-气三相流物理模型 |
| 2.2.1 基本假设 |
| 2.2.2 几何模型及网格划分 |
| 2.3 铝电解槽液-液-气三相流模型 |
| 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 流动基本方程 |
| 2.3.5 模型边界条件及相关物性参数 |
| 2.4 结果分析 |
| 2.4.1 350kA系列槽速度场分布 |
| 2.4.2 420kA系列槽速度场分布 |
| 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 气泡行为对湍流的影响 |
| 2.5 模型验证 |
| 2.6 本章小结 |
| 3 铝电解槽铝液扩散传质模型建立及应用 |
| 3.1 铝液扩散传质数学模型 |
| 3.1.1 湍流传质模型 |
| 3.1.2 模型参数的确定 |
| 3.1.3 铝液接触损失统计模型 |
| 3.1.4 浓度边界层模型 |
| 3.1.5 电流效率计算 |
| 3.2 物理模型及边界条件 |
| 3.2.1 几何模型及网格划分 |
| 3.2.2 边界条件 |
| 3.2.3 浓度源项 |
| 3.3 结果分析 |
| 3.3.1 350kA系列槽铝液浓度场分析 |
| 3.3.2 420kA系列槽浓度场分析 |
| 3.4 结果验证 |
| 3.4.1 铝浓度分布验证 |
| 3.4.2 铝损失验证 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 磁场对铝电解槽流场和铝浓度场的影响 |
| 4.1 铝电解槽磁场工况选定 |
| 4.2 磁场对流场的影响 |
| 4.2.1 熔体速度分布计算分析 |
| 4.2.2 熔体湍流计算结果分析 |
| 4.3 磁场对铝液扩散的影响 |
| 4.3.1 铝液浓度场计算结果分析 |
| 4.3.2 电流效率分析模型 |
| 4.3.3 磁场优化思路 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 结论和展望 |
| 参考文献 |
| 发表论文和参加科研情况 |
| 致谢 |
（4）铝电解槽内铝液界面Marangoni对流传质特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 目录 |
| 1 绪论 |
| 1.1 铝电解工业概述 |
| 1.2 铝电解槽的流场 |
| 1.2.1 研究熔体流场的意义 |
| 1.2.2 流场研究进展 |
| 1.3 Marangoni对流概述与研究进展 |
| 1.4 本文主要研究内容及思路 |
| 2 铝电解槽内流体界面Marangoni对流传质 |
| 2.1 研究铝液界面的意义 |
| 2.2 Marangoni对流传质 |
| 2.2.1 表面张力梯度 |
| 2.2.2 传质的基础理论 |
| 2.2.3 Marangoni对流对传质的影响 |
| 2.3 电解质/铝液界面模拟 |
| 2.3.1 VOF界面追踪 |
| 2.3.2 Marangoni对流模型 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 铝电解槽熔体流动及铝液传质模型 |
| 3.1 熔体流动区域 |
| 3.2 熔体流动及受力分析 |
| 3.2.1 熔体所受的电磁力 |
| 3.2.2 熔体的物性和特征参数 |
| 3.3 熔体流动的数学模型 |
| 3.3.1 熔体流动的基本方程组 |
| 3.3.2 湍流模型 |
| 3.4 铝溶解扩散的数学模型 |
| 3.4.1 工业铝电解槽中的铝损失 |
| 3.4.2 铝液传质模型 |
| 3.4.3 湍流传质模型——c~2-ε_c模型 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 铝电解槽流场及铝液浓度场计算 |
| 4.1 数值计算的主要步骤 |
| 4.2 熔体两相流计算的步骤 |
| 4.2.1 ANSYS计算电磁力 |
| 4.2.2 自编程实现数据交互 |
| 4.2.3 FLUENT计算两相流 |
| 4.3 仿真对象及简化 |
| 4.4 仿真结果对比 |
| 4.4.1 不考虑表面张力梯度 |
| 4.4.2 考虑表面张力梯度——Marangoni对流 |
| 4.5 铝电解槽中的Marangoni对流讨论 |
| 4.6 结果验证 |
| 4.7 本章小结 |
| 5 电磁力对熔体流场和铝液扩散的影响 |
| 5.1 磁场和电磁力 |
| 5.2 比较电磁力 |
| 5.3 仿真结果比较 |
| 5.3.0 熔体流场对比 |
| 5.3.1 界面变形对比 |
| 5.3.2 铝液浓度分布对比 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 结论及展望 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间主要研究成果 |
| 发表论文情况 |
| 参加的会议 |
| 参加的科研项目 |
| 致谢 |
（5）铝电解槽内熔体涡运动与氧化铝输运过程的数值模拟研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 铝电解工业概述 |
| 1.2 铝电解槽内熔体运动及其重要作用 |
| 1.3 论文研究目的及意义 |
| 第二章 文献综述 |
| 2.1 铝电解槽熔体运动的研究进展 |
| 2.1.1 铝液流场 |
| 2.1.2 电解质流场 |
| 2.1.3 电解质-铝液两相流及电解质-铝液-阳极气泡三相流 |
| 2.1.4 熔体涡运动及其影响 |
| 2.2 电解质内氧化铝溶解与输运过程的研究进展 |
| 2.2.1 氧化铝在电解质中的溶解及其行为 |
| 2.2.2 工业铝电解槽中氧化铝输运过程的研究 |
| 2.3 本领域研究工作总结及存在的缺陷 |
| 2.4 论文主要研究内容和方案 |
| 第三章 铝电解槽多相熔体涡运动的数值模拟 |
| 3.1 涡结构的数学建模与精确解析 |
| 3.1.1 电解质-铝液-阳极气泡三相流的数值模拟 |
| 3.1.2 涡分析的数学物理方法 |
| 3.1.3 涡结构分析的具体实现 |
| 3.1.4 CFX软件与有限体积法简介 |
| 3.1.5 涡结构解析结果 |
| 3.2 阳极气泡和电磁力对电解质涡运动的影响 |
| 3.3 涡结构对电解槽的影响 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 铝电解槽内氧化铝输运过程的数学建模及应用 |
| 4.1 氧化铝输运过程的多组分多相流模型 |
| 4.1.1 电解质的拟均相假设与简化 |
| 4.1.2 流体控制方程 |
| 4.1.3 氧化铝消耗与下料过程的质量源项 |
| 4.2 模型的瞬态计算及其实现 |
| 4.3 氧化铝输运过程的推动因素研究 |
| 4.3.1 电磁力对氧化铝输运过程的作用 |
| 4.3.2 阳极气泡对氧化铝输运过程的作用 |
| 4.3.3 氧化铝输运与电解质涡结构关系的探讨 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 铝电解槽内氧化铝下料点配置的仿真优化研究 |
| 5.1 铝电解槽内氧化铝下料点配置的研究背景 |
| 5.1.1 工业槽测试与观察 |
| 5.1.2 物理槽实验 |
| 5.1.3 数值模拟研究 |
| 5.2 基于氧化铝输运模型的下料点配置的仿真对比研究 |
| 5.2.1 研究思路 |
| 5.2.2 定量判据 |
| 5.3 应用实例 |
| 5.3.1 两种不同下料点配置方案的对比 |
| 5.3.2 四种不同下料点配置方案的对比 |
| 5.4 大型铝电解槽内氧化铝下料点配置的设计准则 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 结论与展望 |
| 6.1 主要结论 |
| 6.2 展望和建议 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士学位期间发表的论文及参与的科研项目 |
（6）300kA、400kA铝电解槽铝液液面波动的实时监测与分析（论文提纲范文）
| 1 研究目的 |
| 2 测试原理及方法 |
| (1) 导杆等距压降测点的选择。 |
| (2) 传输信号线的连接与安装。 |
| (3) 信号采集板与显示输出装置。 |
| (4) 数据采集。 |
| 3 结果分析与讨论 |
| 3.1 阳极导杆等距压降测试曲线的波动分析 |
| 3.2 阳极电流分布的均匀性 |
| 4 结 语 |
（7）基于两相流动的铝电解槽磁流体流场数值仿真（论文提纲范文）
| 1 控制方程及边界条件 |
| 1.1 控制方程 |
| 1.2 边界条件 |
| 2 数值仿真方法 |
| 3 仿真结果分析及讨论 |
| 3.1 磁场 |
| 3.2 流场 |
| 4 结 论 |
（9）氟化物熔盐体系中Si的电化学提取与提纯（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 目录 |
| 第一章 前言 |
| 1.1 硅的性质及用途 |
| 1.2 太阳级多晶硅及其发展现状 |
| 1.3 太阳级硅的生产方法 |
| 1.3.1 改良西门子法 |
| 1.3.2 硅烷法 |
| 1.3.3 流化床法 |
| 1.4 研究目的与意义 |
| 第二章 文献综述 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 冶金法(物理法)的发展 |
| 2.2.1 真空感应熔炼法 |
| 2.2.2 电子束熔炼法 |
| 2.2.3 等离子体熔炼法 |
| 2.2.4 热交换法 |
| 2.2.5 冶金法与西门子法比较 |
| 2.3 熔盐电化学方法 |
| 2.3.1 电解硅能耗及成本估算 |
| 2.3.2 熔盐电解硅发展历史 |
| 2.3.3 熔盐电化学方法与西门子法比较 |
| 2.4 化学法与冶金法(物理法)的结合 |
| 2.4.1 合金凝固提纯方法的突破 |
| 2.4.2 熔盐电解及精炼制备高纯合金 |
| 2.5 论文研究方案与内容 |
| 第三章 氟化物熔盐体系中电极电位热力学计算和Si的电化学行为研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验 |
| 3.2.1 实验设备 |
| 3.2.2 化学试剂 |
| 3.2.3 实验研究方法及条件 |
| 3.3 氟化物熔盐体系中元素电极电位理论计算 |
| 3.3.1 氟化物熔盐电解质分解电压的计算 |
| 3.3.2 氟化物熔盐体系中不同浓度元素共沉积行为研究 |
| 3.4 氟化物熔盐体系中Si的电化学行为研究 |
| 3.4.1 固态电极上硅的电化学行为研究 |
| 3.4.2 液态金属电极上硅的电沉积行为研究 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 Na_3AlF_6-SiO_2体系中Si及含Si合金的熔盐电解制备 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验 |
| 4.2.1 实验设备 |
| 4.2.2 试剂及原料 |
| 4.2.3 实验研究方法及条件 |
| 4.2.4 分析与检测 |
| 4.2.5 电解槽流场仿真 |
| 4.3 结果与讨论 |
| 4.3.1 固态电极电沉积硅的研究 |
| 4.3.2 电沉积Si成分及纯度研究 |
| 4.3.3 液态金属电极电沉积硅的研究 |
| 4.3.4 700A电流电解硅中试实验研究 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 Si的三层液及水平式熔盐电解精炼 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 实验 |
| 5.2.1 实验设备 |
| 5.2.2 试剂及原料 |
| 5.2.3 分析与检测 |
| 5.2.4 电解过程仿真 |
| 5.3 熔盐电解精炼三层液体系设计 |
| 5.3.1 电解槽结构 |
| 5.3.2 阴极金属及电极选择 |
| 5.3.3 阳极合金选择 |
| 5.3.4 电解质体系确定 |
| 5.3.5 电解温度确定 |
| 5.3.6 实验室三层液精炼的实施 |
| 5.4 结果与讨论 |
| 5.4.1 三层液分层情况及电解精炼产物形貌 |
| 5.4.2 精炼过程仿真及沉积硅形貌分析 |
| 5.4.3 电解工艺参数研究 |
| 5.4.4 阳极行为研究 |
| 5.4.5 电解精炼硅的提取与分离 |
| 5.4.6 三层液电解精炼的改进与水平电解精炼硅初探 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 展望与建议 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间主要研究成果 |
（10）铝电解槽内熔体运动数学建模及应用研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 铝电解工业概述 |
| 1.2 铝电解槽熔体运动及其影响 |
| 1.3 论文研究目的及意义 |
| 第二章 文献综述 |
| 2.1 铝电解槽流体稳态研究 |
| 2.1.1 电磁场作用下的熔体流动 |
| 2.1.2 阳极气体作用下的电解质流动 |
| 2.1.3 电磁场与阳极气体共同作用下的电解质流动 |
| 2.2 铝电解槽流体瞬态研究 |
| 2.3 本领域研究工作总结及存在的缺陷 |
| 2.4 论文主要研究内容和方案 |
| 第三章 铝电解槽稳态三相流数学建模及应用 |
| 3.1 铝电解槽稳态三相流数学建模 |
| 3.1.1 多相流建模方法 |
| 3.1.2 多相流相间作用力数学描述 |
| 3.1.3 物理模型简化 |
| 3.1.4 三相流数学模型 |
| 3.2 铝电解槽稳态三相流模型的数值计算 |
| 3.2.1 有限体积法与壁函数 |
| 3.2.2 CFX软件简介 |
| 3.2.3 数值计算的具体实现 |
| 3.3 铝电解槽稳态三相流模型的应用 |
| 3.3.1 模型应用实例 |
| 3.3.2 三相流建模必要性论证 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 铝电解槽电流效率数学建模及应用 |
| 4.1 铝电解槽电流效率建模研究背景 |
| 4.2 铝电解电流损失机理 |
| 4.3 铝电解槽电流效率全域解析模型的建立 |
| 4.3.1 电流损失计算方程 |
| 4.3.2 质量传递系数 |
| 4.3.3 电流效率槽全域解析模型 |
| 4.4 铝电解槽电流效率全域解析模型的应用 |
| 4.4.1 模型应用实例 |
| 4.4.2 电流效率分布特征探讨 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 铝电解槽瞬态熔体运动数学建模及应用 |
| 5.1 铝电解槽瞬态流动数学建模 |
| 5.1.1 物理模型简化 |
| 5.1.2 数学模型 |
| 5.2 铝电解槽瞬态流动模型的数值计算 |
| 5.2.1 有限元法简介 |
| 5.2.2 数值计算的具体实现 |
| 5.3 铝电解槽瞬态流动模型的应用 |
| 5.3.1 模型应用实例 |
| 5.3.2 极距对磁流体稳定性的影响 |
| 5.3.3 铝液中垂直磁场对磁流体稳定性的影响 |
| 5.4 含气泡作用的铝电解槽瞬态流动建模研究 |
| 5.4.1 气泡作用在模型中的引入 |
| 5.4.2 气泡对磁流体稳定性的影响 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 结论与展望 |
| 6.1 主要结论 |
| 6.2 展望和建议 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士学位期间发表的论文及参与的科研项目 |
四、三种湍流模型对Al电解槽内Al液流场预测的比较及其工业测试（论文参考文献）
- [1]铝电解槽极距的计算方法及验证[J]. 王富强,王兆文,张钦菘,赵志彬,陶绍虎,刘伟,杨晓东. 轻金属, 2020(02)
- [2]420KA吕电解槽电—磁—流场仿真研究[D]. 周润. 华中科技大学, 2015(05)
- [3]铝电解槽铝液扩散传质过程数值模拟及其应用研究[D]. 韦隆和. 中南大学, 2014(02)
- [4]铝电解槽内铝液界面Marangoni对流传质特性研究[D]. 罗文旭. 中南大学, 2013(06)
- [5]铝电解槽内熔体涡运动与氧化铝输运过程的数值模拟研究[D]. 张翮辉. 中南大学, 2012(02)
- [6]300kA、400kA铝电解槽铝液液面波动的实时监测与分析[J]. 李剑虹,涂赣峰,戚喜全,毛继红,吕定雄,冯乃祥. 轻金属, 2012(02)
- [7]基于两相流动的铝电解槽磁流体流场数值仿真[J]. 刘志明,王跃勇,李旺兴,周益文. 沈阳工业大学学报, 2011(06)
- [8]300kA级铝电解槽阳极电流分布实时监测与铝液波动分析[A]. 李剑虹,涂赣峰,戚喜全,毛继红,冯乃祥,赵新亮,钱建勋. 2011中国有色金属行业仪表自动化学术会议论文集, 2011
- [9]氟化物熔盐体系中Si的电化学提取与提纯[D]. 贾明. 中南大学, 2011(01)
- [10]铝电解槽内熔体运动数学建模及应用研究[D]. 徐宇杰. 中南大学, 2010(03)