10kA底部阴极稀土电解槽电—磁—流多物理场耦合仿真

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上插式阴、阳极稀土电解槽在生产过程中暴露的诸多问题,已有人探索开发新的电解槽槽型,提出了底部阴极稀土电解槽。本论文在前人研究的基础上,进一步考察该槽型的实用性,利用数值模拟方法计算了底部阴极稀土电解槽内的电场、磁场以及在电磁力影响下电解质的运动。首先,利用ANSYS软件计算了底部阴极稀土电解槽的电场和电位分布,考察极距为11cm、12cm、13cm、14cm、15cm五种不同情况下电场的分布,由电场产生磁场,利用ANSYS电磁耦合模块,直接耦合法计算得到电解槽内的磁场分布。结果表明:(1)阳极与阴极之间是电流集中通过的区域,此处电场强度线最为密集,电位梯度较大,电场强度也较大。(2)阴、阳极之间的电场分布最为密集且平行分布,而且在数值上也较大,而阳极与槽壁间电场强度较为稀疏且较小,并有下部到上不逐渐减小。(3)熔体的电压随着极距的增加而增大,电场强度随着极距的增加而减小。在计算得到电场和磁场后,将得到的电磁力作为载荷加载到流体上,利用间接耦合法计算在电磁力的影响下流场的运动情况。结果显示,由于电磁力的方向,阴、阳极之间的电解质其速度是向着模型中心运动,并且速度较小。在阴、阳极之间,电解质的速度分布与电磁力分布基本一致,呈现环状分布,模型中心的电解质速度较小,而周围电解质速度较大。整个电解槽内的最大速度出现在边角部。虽然电流强度为10kA的电解槽中电磁力是比较小的,但仍有其实际意义,为底部阴极电解槽向大型化发展做了前期的准备工作。
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