稀土氧化物电解槽流场研究

稀土氧化物电解槽流场研究

一、稀土氧化物电解槽流场的研究(论文文献综述)

冷欣伟[1](2021)在《氟盐体系Al-Cu-Y合金制备电解槽电场—流场模拟》文中提出熔盐电解法是生产稀土金属及其合金最常用的方法之一,研究与实践证明,电解槽内物理场,如流场、电场等对于实际工艺生产的稳定性、产品的质量及生产效率都至关重要。为此,本论文使仿真计算软件Comsol,模拟稀土电解槽内的电场、温度场以及流场,寻找合适的物理场耦合方法,计算物理场之间的相互影响,得出更加符合实际生产的物理场分布情况,最后对实际生产中的电解槽进行温度测量,以此来验证本文对温度场仿真计算的准确性。首先对电场分布进行研究,研究表明:当电极插入深度和阳极厚度的增加时,电解槽电压随之下降,阴极和阳极内部电流密度也随之下降,初步选定阳极厚度为70mm,阳极和阴极插入深度由360mm、440mm到440mm、520mm,此时槽电压从11.136V降低至9.345V,阳极电流密度大小为0.025A/cm2~0.16A/cm2,阴极电流密度大小为0.25A/cm2~1.75A/cm2。基于传热学的基本原理,建立了稀土熔盐电解槽温度场模型,计算结果表明:当电极插入深度和阳极厚度的增加,电解槽的整体温度随之下降;当控制阳极厚度为70mm,阳极和阴极极插入深度由360mm、440mm到440mm、520mm,电解槽内整体温度由1057℃下降至967℃;结合电场的分布情况,得出最佳电解槽电极结构为:阳极厚度70mm,阳极和阴极插入深度分别为400mm、480mm。此时电解槽的最高温度为997℃,最低温度为897℃,平均温度为935℃,且温度分布均匀合理,经电解槽热平衡计算,此时电解槽Qin≈Qout,达到热平衡。对比计算了电解质液面是否为自由表面两种情况,计算结果表明:当不考虑电解质表面波动时,流场最后趋于稳定,阳极气体运动到电解质表面后速度达到最大4.293m/s,电解质在电极之间的区域流动最为剧烈;考虑电解质表面的波动时,电解槽内流场是一个动态的物理场,其分布状态随时间的推移而变化。使用Comsol软件的物理场耦合功能,模拟计算了流场对电场分布的影响,温度场对流场的影响,计算结果表明:电解槽内电压从10.1V变化至10.8V,槽电压升高0.7V,电解槽内等势线分布发生变化,电极上端电势略大于电极下端电势,电解槽内电势从9.85V上升至10.55V;电解质由于非等温流动的最大流速仅为0.03m/s,因此温度场对流场的影响可忽略不计。对实际生产中的稀土电解槽内部温度进行测量,与温度场的计算结果相对比发现其分布规律几乎一致,仿真计算出的温度场具有一定的真实性。

林小程[2](2021)在《稀土电解槽电磁搅拌电解模拟研究》文中进行了进一步梳理随着稀土金属及其合金的需求不断增长,对稀土金属及合金制备设备进一步优化,以提高电解效率。针对稀土电解槽内流速过大的变化尺度及存在流动死区进行研究,利用电化学数学模型模拟8k A稀土电解槽内整体的流场变化,对电解槽不同位置添加线圈进行了电磁场模拟及电磁搅拌模拟。以电化学流场最大流速为参考依据进行电磁搅拌下的流场调控,使槽内流速的波动在电解过程中维持稳定,以提高电解效率,确定了电磁搅拌所添加线圈位置及电流波形与安匝数大小。具体研究结论如下:(1)建立稀土电解槽流场与电化学数学模型,进行加料时刻为初始时间的12分钟槽内电化学瞬态三维仿真模拟研究,对槽内最大流速进行分析,得到电磁搅拌槽内所需流速为1.5m/s,得出电解至10分钟左右槽内流速减弱,验证了实际生产过程中10分钟加料间隔的合理性。进行槽内各区域流场分析,发现流场主要流动方式为阳极内侧区域向上流动,流速常居于最大值,阴极区域向下流动,流速次之,阳极与阴极之间区域以此形成纵向涡流,流速小于前两者。阳极外侧区域为流动死区,流速最小,坩埚收集区域整体趋于稳定,流速远小于阳极内侧及阴极区域。(2)建立稀土电解槽电磁场的数学模型,对电解槽不同位置添加线圈进行1Hz正弦波与方波电流下的时变感生电磁场三维仿真模拟。进行电磁力分析,得出方波电流产生的电磁力可视为定值,电磁力方向周期变化,正弦波电流产生的电磁力大小与方向呈周期变化,电磁力大小都由线圈中间段区域向外递减。(3)在感生电磁场仿真与分析的基础上,进行电解槽侧面上方,侧面下方及底部位置添加线圈的时变电磁搅拌三维仿真模拟与分析,发现线圈在侧面下方位置无法进行电磁搅拌的现象。以电解过程中流场最大流速为参考依据,进行流场调控下的电磁搅拌分析,发现电解槽侧面上方添加线圈进行的电磁搅拌流场稳定性好于底部,电磁搅拌下流场变化稳定,有效带动了电解槽流动死区的电解质。结合电化学流场分析得到的电磁搅拌槽内所需流速,确定了稀土电解槽进行电磁搅拌所添加线圈的位置为侧面上方,电流波形为正弦波,所需安匝数为3000AN。以上研究表明,外加线圈进行电磁搅拌能有效调控稀土电解槽内流速,解决流动死区问题,提高电解效率,对稀土电解槽的优化具有着一定参考价值。

李彬[3](2021)在《辅热式大电流稀土电解槽设计研究》文中研究说明工业上稀土主要通过稀土电解槽电解稀土化合物所得,传统的电解槽大都偏向小型化,存在电解效率低、分布散乱、产量小等问题,因此不适用于企业进行大规模生产。目前急需设计出一款适合企业进行大规模生产的电解槽,来提高电解槽的效率和产量。本文以某企业15KA板式阴极稀土电解槽为原型,深入研究电解槽的电解原理,通过仿真软件对电解槽的电场及热场分布进行模拟分析,对电解槽结构进行优化设计,提高电解槽的电解效率,具体内容如下:(1)根据现有万安级稀土电解槽的结构,结合部分已知参数,并在电解槽外部及底部增加辅热装置,设计出一种新型的辅热式大电流稀土电解槽,确定该型电解槽槽型、阴极和阳极的结构尺寸,建立电解槽各部位的模型。(2)建立电解槽三维电场及热场的数学模型,计算电解质的各项物性参数,用有限元分析法,对辅热装置下的稀土电解槽进行三维电场和热场模拟。通过电场和热场的分布验证了辅热装置有利于电解槽进行电解反应,提高电解效率的猜想。模拟外部辅热装置在不同温度和位置下电解槽的电场分布,槽内大体可以分为阴极区、阳极区、金属接收区和电解反应区四部分,并研究辅热装置的位置和温度对三维电场的影响,得出外部辅热装置的最优位置和温度。(3)运用仿真软件的电热耦合模块,模拟电解槽热场的分布,得出电解槽的高温区域位于槽内中部,温度由内向外慢慢降低;对不同辅热位置下电解槽的热场进行模拟,分析槽内热场分布,结果表明下部辅热时热场分布情况更适于电解反应,与电场分析一致,且能保证坩埚收集器台肩处电解质不会凝固;对不同辅热温度下电解槽的热场进行分析,并结合电场,确定辅热的最佳温度;对底部辅热装置下的电解槽进行热场模拟,确定电解槽在增加了底部辅热装置后可以减少出炉时坩埚底部稀土的凝固量,延长电解槽的使用寿命;分析电解电压对电解槽热场的影响,并确定最佳的电解电压;最后对电解槽在电解过程中不同时间段热场进行模拟,分析热场的变化。(4)确定辅热装置的加热方式,并对相应位置的辅热装置进行设计,为增强辅热效果,设计合适的电解槽保温层,并选择材料进行安装制作。

叶楠[4](2020)在《稀土电解槽阳极结构优化及其腐蚀消耗规律研究》文中研究说明稀土电解企业在电解生产中所采用的石墨阳极为垂直柱面形,这类阳极存在消耗速率快,有效使用时间短,残余浪费量大,并且由于电解过程中阳极发生消耗,导致电解槽内物理场分布不合理等问题。因此在阳极结构方面的改进优化对减少阳极残余浪费及降低生产成本、提高阳极的更换周期和电解槽电解效率具有较高的理论意义和实际应用价值。本文以某企业8kA稀土电解槽为原型,在现有电解槽结构基础上,基于电场理论、传热和传质理论和二次电流电化学腐蚀理论,运用辅助仿真设计平台对阳极结构参数进行优选,具体研究内容如下:(1)对实际稀土电解槽电解过程中阳极的腐蚀消耗过程进行研究,分析阳极腐蚀消耗之后发生的形状变化,结合生产数据分析阳极消耗对稀土金属产量的影响,以及分析阳极消耗的机理。(2)采用有限元分析法,建立了稀土电解槽三维电场模型,模拟得到了稀土电解槽内三维电场的分布结果,分析了阳极消耗和不同阳极结构对三维电场分布的影响。并对阳极全倾角?和半倾角?进行了优化,同时在此基础上进一步对阳极插入深度h进行了优化,得到了电场分布较为合理的两个阳极倾角和插入深度参数组合。(3)建立了电热耦合模型,模拟得到了电解槽内热场的分布结果,分析了阳极消耗和不同阳极结构对三维热场分布的影响。模拟结果表明采用优化之后的两组阳极结构,电解槽内电解温度处于最佳电解温度的范围更大,验证了这两个阳极结构参数组合的合理性。(4)在阳极结构优化基础上,建立了二次电流电化学腐蚀模型,对电解槽电解过程进行了电化学腐蚀瞬态仿真,得到了阳极在电解过程中的腐蚀消耗规律,并发现模拟结果与实际生产数据较为吻合,验证了该模型的正确性。同时发现阳极结构优化后,能延长其有效使用时间,并且采用对角阳极更换顺序能提高阳极的耐消耗能力。

曾建阳[5](2020)在《Y2O3在AlF3-(Li,Na)F熔盐体系中的溶解和离子迁移行为研究》文中认为在Al-Cu系合金中添加适量Y,既能改善高温性能及强度,又能提高其耐腐蚀性,弥补了Al-Cu系合金的不足。在混熔、热还原和熔盐电解加Y的方式中,熔盐电解法更具有优势。本论文的实验研究对象是氟化物-氧化物熔盐体系(Na3AlF6-AlF3-LiF-Y2O3),分别采用了等温饱和法和希托夫法对稀土氧化物Y2O3在Na3AlF6-AlF3-LiF氟盐体系的溶解行为和离子迁移机理进行研究。Y2O3在995℃1115℃范围内AlF3-(Li,Na)F熔融体系中的溶解平衡时间不低于40min。Y2O3的溶解度随体系温度升高和NaF/AlF3摩尔比增高均增大,而且Y2O3在995℃1115℃温度范围内NaF-AlF3-LiF(5wt%)体系中的溶解主要是化学溶解作用为主。温度对Y2O3的溶解度影响较小,而NaF/AlF3(摩尔比)起主要作用,当NaF/AlF3摩尔比高于2.3时,体系中的Y2O3溶解趋于稳定,而低于2.3时,则迅速减小。同时在温度995℃1115℃,NaF/AlF3(摩尔比)2.12.9以及LiF(wt%)添加量3%9%条件下,得到了Y2O3溶解度(S)与温度(T)、NaF/AlF3摩尔比(M)以及LiF(wt%)添加量(W)三个因素两两之间的一次回归方程。当温度固定时,LiF的添加量逐渐增加,增强熔盐的导电能力Y2O3溶解度不断增大。离子迁移数研究中,首先通过研究Y2O3在Na3AlF6-AlF3-LiF熔体中的热力学基础,明确了Y2O3有物理溶解和化学溶解两种溶解形式。同时发现了在恒电流条件下,含Y元素的离子在传输过程中占主导作用并且随着温度、摩尔比、电流密度而变化。随着温度升高,电流密度加大,NaF/AlF3摩尔比增加,Y离子的迁移数也随之增大。为研究电迁移槽槽内电场分布,以实验槽尺寸为原型,基于COMSOL的物理场耦合功能建立流场-电场双向的耦合的数学、物理模型,通过ANSYS计算平台对其内电场分布进行了模拟并验证了模型及边界条件和相关参数的可靠性。稀土电解槽电场的阳极连接电源的正极,阴极连接电源的负极,并且,阳极的电流密度大于阴极的电流密度。此电解槽采用上插式结构,在将电解槽中电解质电导率视为等电导率区域的前提下,电解槽内电势均匀分布且阴阳两极之间的等势线会垂直于地面。电迁移解槽底部由于无气体的存在而电场分布变化不大。流场变化主要集中在两个小区域,其一为熔池表面阴、阳极之间,其二是阳极底部的微小区域,阴极的表面区域流场强度高的主要原因是电流密度高,活性物质交换扩散;阳极的表面区域流场强度高的主要原因是阳极表面的气体的生成导致该区域吸附-脱附作用加强。

薛娟琴,李芳,唐长斌[6](2019)在《槽形结构对10 kA稀土电解槽流场分布的影响》文中研究说明采用CFD软件FLUENT,建立了三维气—液两相流动模型,对某稀土金属公司现场使用的10 kA方形和圆形两种结构的稀土钕电解槽内部流场进行数值模拟,得到了这两种不同结构电解槽中的熔盐上表面流场分布和槽内各纵切面上的流场分布。通过比较分析可知,采用圆形结构较方形结构能使得其中的熔盐具有更好的循环流动,流场分布更加均匀,并且在相邻阳极片之间圆形槽的熔盐会较方形槽熔盐具有较小流速,故对石墨阳极的冲刷腐蚀影响小,有利于减少石墨阳极的更换次数,便于保障稀土金属电解生产的稳定性,故推荐稀土电解槽优先采用圆形槽结构。

周一凡[7](2019)在《稀土电解槽流体中颗粒追踪模拟》文中研究表明稀土是具有实用意义及发展远景的新型能源,越来越受到国家和地区的重视。熔盐电解法生产工艺简单且经济效益高,被广泛应用于制备稀土单质。金属钕就是采用熔盐电解法制备,但在制备过程中发现,高温下因多孔结构的石墨与氧发生化学侵蚀而导致阳极孔隙内石墨颗粒脱落,碳颗粒随熔盐流动会进入金属收集器,从而使金属纯度降低。本文以3kA钕电解槽为研究对象,采用理论与数值模拟的方法研究熔盐中颗粒的运动轨迹,提出减少颗粒向金属收集器运动的措施和电解槽优化方案,以提高金属纯度。具体内容如下:本文针对碳夹杂在熔盐及金属产品中的现象,利用ANSYS软件建立了钕电解槽内流场-颗粒耦合的物理模型,研究碳颗粒在不同粒径下的运动轨迹,通过理论与数值模拟相结合的方式对流场中不溶于电解液的碳颗粒的受力情况进行梳理,研究发现颗粒在电解槽运动过程中起主要作用的力是曳力及重力,曳力是改变颗粒运动轨迹的影响因素,且曳力随粒径的增大而增大;100μm颗粒粒径是区分主要作用力是重力还是曳力的临界值,当颗粒小于100μm时,重力为主要作用力,表现为上浮,当颗粒大于100μm时,曳力为主要作用力,且颗粒粒径越大,偏移作用效果越明显。针对阳极易脱落部分,通过理论与数值模拟相结合的方式对改变阳极倾角及倒角后的流场进行分析,对颗粒在改变结构前后运动过程中的受力、含气率、角涡的处的变化进行研究,并颗粒运动轨迹进行分析对比。研究发现改变阳极倾角及增加阳极倒角,其颗粒运动轨迹均有远离阳极内表面的趋势,颗粒对阳极壁面的碰撞相对减弱,有利于减缓阳极碳脱落的现象,使其产品杂质含量减少。然而,与倾角阳极相比,使用倒角阳极时,电解质中的阳极气体含量更少,对气泡的排放有较明显的促进作用,这对于石墨阳极消耗最为严重的两个部位来说得到了极大地缓解,综上所述,阳极底面与侧面连接处预加工倒角阳极结构,对碳杂质的减少有一定的促进作用。

李扬磊[8](2019)在《稀土电解过程中未熔氧化钕颗粒运动轨迹的研究》文中提出稀土元素是镧系元素和化学性质与其相似的元素的统称。在国家发展的过程中,它被广泛应用于新能源、航空航天、导弹及核潜艇等领域。由于3kA稀土电解槽具有操作方便、工艺成熟及结构简单等优点,目前仍然被稀土行业广泛的使用。随着计算机技术的发展,通过数值模拟的方法让我们对电解槽各物理场有了系统的了解。但还有许多尚待解决的问题,例如氧化钕颗粒下料过程中,原料颗粒的粒径大小和原料的投入点都会对电解过程产生影响。如果得不到很好的解决,颗粒就会在电解槽底部产生结瘤,电解槽的使用寿命会缩短。本课题以氧化钕颗粒的下料过程为主线,对电解槽内的电解质流场分布和颗粒运动状况进行模拟,得到不同粒径下的颗粒运动情况。通过变工况的模拟,可以为实际生产过程颗粒的加入和后续减少结瘤物生成等提供一定的参考价值。具体内容如下:(1)采用3kA电解槽槽型,先用欧拉法模拟电解质流场分布,再用拉格朗日法模拟颗粒运动状况。通过模拟得到在临界粒径的范围内,粒径越大,颗粒运动的越远,但轨迹相似;同时,得到颗粒在两电极中间位置下料最为合适。(2)研究电极插入深度的改变对颗粒运动的影响。通过对电极插入深度为150mm,185mm,220mm,255mm,280mm五种工况的模拟,发现电极插入深度越大,颗粒临界粒径越大,运动的距离越远,但轨迹相似。对电极插入深度不同工况的模拟,得出220mm为最优的电极插入深度、临界粒径为0.7mm,有利于控制结瘤物生成。(3)研究极间距的改变对颗粒运动的影响。通过对极间距为25mm,50mm,75mm,100mm,115mm五种工况的模拟,发现极间距增大,颗粒临界粒径减小,颗粒运动的距离变化不大,但轨迹相似。通过对不同工况极间距的模拟,得出75mm为最优工况的极间距、临界粒径为1.9mm,有利于控制结瘤物生成。(4)抑制电解槽内结瘤物的生成还有很多措施,如在电解槽内定期加入LiF、控制好下料速度、开发新型电解槽等,这些对于延长电解槽的寿命是很有帮助的。

李芳[9](2018)在《6kA底部液态阴极结构钕电解槽设计及优化研究》文中研究指明传统上插阴极稀土电解槽存在熔盐挥发损失大、电解槽上部空间紧张、石墨阳极和石墨电解槽氧化严重、稀土金属溶解损失和二次氧化严重以及电流效率低等诸多弊端。同时,在大型化、自动化和节能化的稀土电解技术发展迫切要求下,开发更高性能底部液态阴极稀土电解槽,以突破传统上插阴极稀土电解槽槽型结构的限制,成为学术界和稀土产业共同关注的焦点问题。为此,本研究通过借鉴成熟的工业铝、镁电解槽的结构特点,在稀土电解现场调研和课题组前期研究的基础上,确立6kA底部液态阴极结构钕电解槽的设计目标,利用商业软件ANSYS建模计算了电解槽的电场、热场、温度场和流场,最终设计和优化出新型的槽型结构图。研究中所取得的主要结果包括:(1)通过对某稀土金属公司现场应用的10kA方形和圆形稀土电解槽内流场模拟对比分析,得出圆形槽结构具有优势,从而确定了6kA底部液态阴极结构钕电解槽的圆形槽型结构。(2)建立ANSYS辅助下电解槽设计流程包括:1)槽型主体结构确定和尺寸遍历设定,2)ANSYS辅助计算电解槽电位和电流分布,3)根据热量平衡筛选初步确定电解槽尺寸,4)通过ANSYS温度场模拟计算优选电解槽尺寸,5)通过ANSYS流场模拟计算再次优选确定电解槽尺寸。所拟定的6kA底部液态阴极电解槽结构中,根据热平衡计算结果,满足热量收支平衡的三种电解槽尺寸分别为:电解槽极距9cm,阴极半径47cm、电解槽极距11cm,阴极半径48cm和电解槽极距13cm,阴极半径49cm。(3)温度场仿真模拟结果表明,电解槽极距11cm,阴极半径48cm和电解槽极距13cm,阴极半径49cm两种尺寸电解槽的温度场分布较为合理;而经过CFD模块对温度场分布较为合理的两种电解槽型进行流场的仿真模拟对比得出最佳电解槽设计尺寸为:电解槽极距11cm,阴极半径48cm。结合工程施工要求最终确定6kA底部液态阴极结构钕电解槽结构图。

王海辉[10](2018)在《10KA稀土电解槽的设计》文中研究表明稀土电解槽是用来制取稀土金属单质的主要设备,目前市面上的电解槽大多偏向小型化,而它们存在分布散乱、电解效率低、所需的人力较大等缺点,不适合企业的大规模的生产需求,鉴于这种情况,设计出一种电解效率较高、产量较大、适合企业进行大规模生产的稀土电解槽即10KA稀土电解槽,以求解决上述小型电解槽存在的缺点,具体工作内容如下所示:根据设计需求对10KA稀土电解槽槽型进行研究,确定了电解槽的结构形状,计算出初始的阴极、阳极等电解槽的结构参数,用UG软件建立电解槽各部位的三维模型图,完成整个模型的建立。对10KA稀土电解槽三维流场求解计算前所需的流体的各项参数进行求解计算,建立电解槽三维流场的数学模型,用流体仿真软件FLUENT对电解槽的三维流场进行仿真分析,对电解槽内阳极气泡在电解质中的上升扩散运动、气相的速度与分布做了研究,研究了电解质循环的涡流流动的形成、电解质的速度以及气泡的运动对电解质的影响;对10KA稀土电解槽不同横向极间距和不同纵向极间距下的三维流场进行了仿真分析,最后得出电解槽的最佳的横向极间距与纵向极间距的最佳值。建立了10KA稀土电解槽三维电场的数学模型,运用COMSOL软件对10KA稀土电解槽的三维电场进行仿真分析,得出电解槽内电场的分布区域:石墨阳极区、钨阴极区、中间电解区以及底部金属收集器区。中间电解区域电势线较为密集,阳极电势较高,阴极电势较低,电流从阳极流入阴极,金属收集器区域电势线较为稀疏,电势较低,有利于稀土金属单质的收集;研究了10KA稀土电解槽不同阴极直径以及不同阴极插入深度对三维电场的影响,以槽电压与电流密度为目标,得出最佳的阴极直径与阴极插入深度。对10KA稀土电解槽炉盖板、内外保护套、刚玉垫圈等零部件进行设计,对保温材料及耐火材料的选取进行研究,并对各零部件、车间内电解槽的总装图进行CAD绘图,最后简述了稀土电解槽的安装制造过程。

二、稀土氧化物电解槽流场的研究(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、稀土氧化物电解槽流场的研究(论文提纲范文)

(1)氟盐体系Al-Cu-Y合金制备电解槽电场—流场模拟(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 稀土电解槽的发展简况
    1.3 稀土电解槽物理场模拟研究动态
        1.3.1 槽内电场的模拟研究现状
        1.3.2 槽内温度场的模拟研究现状
        1.3.3 槽内流场的模拟研究现状
        1.3.4 稀土电解槽内各物理场耦合的模拟研究现状
    1.4 研究的主要内容及目标
第二章 电解槽模型构建、电解质工艺参数选取及实验设备
    2.1 结构尺寸参数及建模
    2.2 网格划分
    2.3 电解质的物性参数
    2.4 仿真计算流程
    2.5 验证实验的装置
第三章 电解槽电极优化
    3.1 电场模拟
        3.1.1 电场数学模型的建立
        3.1.2 假设条件及电场边界
        3.1.3 槽电压计算
        3.1.4 计算结果与分析
    3.2 温度场模拟
        3.2.1 温度场数学模型建立
        3.2.2 温度场边界条件
        3.2.3 温度场模拟结果与分析
    3.3 电解槽热平衡核算
        3.3.1 对流传热
        3.3.2 辐射传热
        3.3.3 热平衡计算
    3.4 本章小结
第四章 电解槽流场模拟
    4.1 数学模型建立
        4.1.1 控制方程
        4.1.2 边界条件及计算方法
    4.2 模拟结果与分析
        4.2.1 仿真区域为熔体
        4.2.2 仿真区域为熔体及上部分空气
    4.3 本章小结
第五章 多物理场耦合模拟仿真及实验验证
    5.1 流场-电场耦合计算
        5.1.1 流场-电场耦合模型的建立
        5.1.2 计算结果与分析
    5.2 流场—温度场耦合计算
        5.2.1 流场—温度场耦合模型
        5.2.2 计算结果与分析
    5.3 验证实验与仿真计算对比分析
    5.4 本章小结
第六章 结论
参考文献
致谢
攻读学位期间的研究成果

(2)稀土电解槽电磁搅拌电解模拟研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 稀土电解槽及电解制备方法的发展
    1.3 电磁搅拌技术的应用发展及原理
    1.4 稀土电解槽流场与电磁场研究现状
    1.5 研究内容
第二章 稀土电解槽数学模型的建立
    2.1 流场数学模型的建立
    2.2 电极动力学数学模型的建立
    2.3 电磁场数学模型的建立
第三章 稀土电解槽电化学三维时变流场仿真模拟研究
    3.1 加料时间间隔与电解出炉时间的确定
    3.2 熔盐电解槽电解过程
    3.3 电解质参数计算
    3.4 稀土电解槽电化学流场及物质分布仿真模拟
        3.4.1 模型假设与边界条件
        3.4.2 电解槽电解电场简述
        3.4.3 不同时段流场变化分析
        3.4.4 不同时段稀土金属分布
        3.4.5 不同时段生成气体分布
    3.5 小结
第四章 稀土电解槽外加线圈三维时变电磁场仿真模拟研究
    4.1 正弦波与方波交变电流
    4.2 方波与正弦波电流感生磁场分析
    4.3 外加线圈感生电磁场仿真模拟
        4.3.1 模型假设与边界条件
        4.3.2 正弦波与方波电流下电磁场变化研究
        4.3.3 外加线圈槽内感生电磁场分布
    4.4 小结
第五章 稀土电解槽电磁搅拌三维时变流场仿真模拟研究
    5.1 电磁搅拌仿真分析
        5.1.1 模型假设与边界条件
        5.1.2 方波电流电磁搅拌仿真模拟
        5.1.3 正弦波电流电磁搅拌仿真模拟
        5.1.4 电磁搅拌流场分析
    5.2 小结
第六章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
致谢
攻读学位期间的研究成果

(3)辅热式大电流稀土电解槽设计研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 稀土电解槽的发展历史、研究现状及未来趋势
        1.2.1 稀土熔盐电解槽的发展
        1.2.2 稀土熔盐电解槽存在的问题分析
        1.2.3 稀土熔盐电解槽的未来趋势
    1.3 稀土电解槽的电解原理
    1.4 选题的意义和研究内容
        1.4.1 选题的意义
        1.4.2 研究内容
第二章 15KA电解槽电场及热场理论分析
    2.1 研究对象的描述
    2.2 电解质物性参数计算
        2.2.1 电解质电导率
        2.2.2 电解质密度
        2.2.3 电解质导热系数
    2.3 电场的数学模型建立
    2.4 热场的数学模型建立
        2.4.1 电解槽热场分析
        2.4.2 电解槽热平衡的计算
    2.5 电热场模型的假设及边界条件
        2.5.1 电热场模型的假设
        2.5.2 电热场模型的边界条件
    2.6 电解槽物理模型的建立
第三章 辅热对稀土电解槽电场的影响分析
    3.1 辅热对电解槽电场的影响
    3.2 外部辅热装置对稀土电解槽电场的影响
        3.2.1 辅热装置的位置和温度对稀土电解槽电流密度的影响
        3.2.2 稀土电解槽在不同辅热温度下三维电场的模拟分析
    3.3 底部辅热对稀土电解槽电场的影响
    3.4 本章小结
第四章 辅热对稀土电解槽热场的影响分析
    4.1 外部辅热装置对电解槽热场的影响
        4.1.1 辅热位置对稀土电解槽的热场的影响
        4.1.2 辅热温度对稀土电解槽的热场的影响
    4.2 底部辅热装置对电解槽热场的影响
    4.3 电压对电解槽热场的影响
    4.4 电解槽热场周期变化
    4.5 本章小结
第五章 稀土电解槽辅热装置及保温层的设计
    5.1 辅热装置加热方式及结构设计
        5.1.1 辅热装置加热方式的确定
        5.1.2 辅热装置设计
    5.2 电解槽保温层的设计
        5.2.1 内保温层设计制作
        5.2.2 外保温层设计制作
        5.2.3 底部保温层设计制作
    5.3 电解槽的工艺流程
第六章 总结与展望
    6.1 工作总结
    6.2 展望
参考文献
致谢
攻读学位期间的研究成果

(4)稀土电解槽阳极结构优化及其腐蚀消耗规律研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 稀土电解槽国内外研究现状
        1.2.1 氯化物熔盐体系
        1.2.2 稀土氧化物-氟化物熔盐体系
        1.2.3 稀土电解槽结构研究现状及发展方向
        1.2.4 稀土电解槽物理场研究现状
    1.3 稀土电解槽中石墨阳极的研究现状
        1.3.1 石墨材料制备及分类
        1.3.2 稀土电解槽石墨阳极研究现状
        1.3.3 现有石墨阳极存在的问题
    1.4 课题意义、研究内容及方法
        1.4.1 课题意义
        1.4.2 研究内容
        1.4.3 研究方法
第二章 稀土电解槽阳极腐蚀消耗分析
    2.1 稀土电解槽阳极腐蚀消耗分析
        2.1.1 稀土电解槽阳极结构布置
        2.1.2 阳极腐蚀消耗外形变化
        2.1.3 阳极消耗对稀土金属产量的影响
    2.2 稀土电解槽阳极消耗基本原理
    2.3 减少阳极消耗的途径
    2.4 小结
第三章 阳极结构对稀土电解槽电场影响的模拟分析
    3.1 电解槽电场控制模型
    3.2 电解质参数计算
        3.2.1 电解质电导率
        3.2.2 电解质密度
    3.3 稀土电解槽电场模型的简化
        3.3.1 电场模型假设
        3.3.2 电场计算边界条件
        3.3.3 稀土电解槽三维模型建立及网格划分
    3.4 阳极消耗对三维电场影响的模拟分析
    3.5 阳极结构优化对三维电场的影响
        3.5.1 不同阳极全倾角时三维电场的分析
        3.5.2 不同阳极半倾角时三维电场的分析
        3.5.3 不同阳极插入深度时三维电场的分析
    3.6 小结
第四章 阳极结构对稀土电解槽热场影响的模拟分析
    4.1 三维热场的数学模型
        4.1.1 热场数学模型建立
        4.1.2 热场模型边界条件
        4.1.3 电解槽热平衡计算
    4.2 阳极消耗对三维热场影响的模拟分析
    4.3 阳极结构优化对三维热场的影响
        4.3.1 不同阳极全倾角时三维热场的分析
        4.3.2 不同阳极半倾角时三维热场的分析
        4.3.3 不同阳极插入深度时三维热场的分析
    4.4 小结
第五章 阳极结构优化对其腐蚀消耗的影响研究
    5.1 电极过程的基本动力学参数
        5.1.1 电极电势与电极反应速度的关系
        5.1.2 超电势和交换电流密度计算
    5.2 模型假设和边界条件
        5.2.1 模型假设
        5.2.2 边界条件
    5.3 阳极腐蚀消耗规律研究
    5.4 阳极结构优化后电化学腐蚀模拟分析
        5.4.1 阳极倾角优化对其腐蚀消耗的影响
        5.4.2 阳极插入深度优化对其腐蚀消耗的影响
        5.4.3 阳极更换顺序对其腐蚀消耗的影响
    5.5 小结
第六章 总结与展望
    6.1 工作总结
    6.2 工作展望
参考文献
致谢
攻读学位期间的研究成果

(5)Y2O3在AlF3-(Li,Na)F熔盐体系中的溶解和离子迁移行为研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 熔盐电解制备稀土金属的研究现状
        1.2.1 氯化物体系电解制备稀土金属发展及现状
        1.2.3 氯化物熔盐体系电解原理
        1.2.4 氟化物体系电解制备稀土金属发展及现状
        1.2.5 氟化物熔盐体系熔盐电解原理
        1.2.6 熔盐电解制备稀土合金存在的问题
    1.3 本文研究体系的选择
    1.4 溶解度及迁移数的重要性和研究现状
    1.5 本文主要研究内容和目标
        1.5.1 主要研究内容
        1.5.2 主要研究目标
    1.6 拟解决的关键问题
第二章 实验及研究方法
    2.1 实验原料及仪器
    2.2 合金产品表征
        2.2.1 等离子发射光谱仪(ICP)
        2.2.2 X射线衍射(XRD)
        2.2.3 扫描电子显微镜(SEM)
        2.2.4 X射线能谱(EDS)
    2.3 实验研究方法
        2.3.1 Y_2O_3溶解度实验装置及方法
        2.3.2 Y_2O_3离子迁移实验方法
    2.4 实验技术路线
第三章 Y_2O_3在Na_3AlF_6-AlF_3-LiF熔盐中的溶解度研究
    3.1 Y_2O_3溶解平衡时间
    3.2 温度及NaF/AlF_3摩尔比对Y_2O_3溶解度的影响
    3.3 温度及LiF对Y_2O_3溶解度的影响
    3.4 LiF及NaF/AlF_3摩尔比对Y_2O_3溶解度的影响
    3.5 本章小结
第四章 Y_2O_3在Na_3AlF_6-AlF_3-LiF熔盐中的离子迁移数研究
    4.1 Y_2O_3在Na_3AlF_6-Al F_3-LiF体系环境内的热力学基础
        4.1.1 Y_2O_3在体系内的反应环境
        4.1.2 Y_2O_3在体系内的热力学反应分析
    4.2 Na_3AlF_6-AlF_3-LiF-Y_2O_3体系的电化学基础
    4.3 Y(Ⅲ)离子迁移数研究结果与讨论
        4.3.1 温度对Y(Ⅲ)离子迁移数的影响
        4.3.2 (NaF/AlF_3)摩尔比对Y(Ⅲ)离子迁移数的影响
        4.3.3 电流强度对Y(Ⅲ)离子迁移数的影响
        4.3.4 电迁移阴极产物表征及分析
    4.4 Y_2O_3在Na_3AlF_6-AlF_3-LiF熔盐中离子迁移模型
    4.5 本章小结
第五章 结论
参考文献
致谢
攻读学位期间的研究成果

(6)槽形结构对10 kA稀土电解槽流场分布的影响(论文提纲范文)

1 数学模型的建立
    1.1 几何模型
    1.2 基本假设
    1.3 边界条件
    1.4 控制方程及计算方法
2 结果及分析
    2.1 稀土电解槽熔盐上表面流场分析
    2.2 稀土电解槽纵切面流场分析
3 结论

(7)稀土电解槽流体中颗粒追踪模拟(论文提纲范文)

摘要
Abstract
1 文献综述
    1.1 稀土电解槽的研究背景
        1.1.1 稀土的概述与应用
        1.1.2 稀土熔盐电解技术的发展概况
    1.2 流场中颗粒运动的模型
        1.2.1 多相流模型研究概述
        1.2.2 流场中颗粒运动研究概述
        1.2.3 颗粒在流场中的受力
2 研究内容及创新点
    2.1 研究内容
    2.2 课题创新点
3 电解槽中固体颗粒的运动特性
    3.1 碳颗粒的物理属性及杂质来源
    3.2 3kA钕电解槽流场中颗粒受力分析
    3.3 流场中液相和固相的相互作用
    3.4 电解槽模型的建立
    3.5 计算模型及边界条件的设置
    3.6 流场-颗粒耦合数值模拟分析
        3.6.1 电解槽内流场的分布
        3.6.2 模型验证
        3.6.3 颗粒理论受力分析
        3.6.4 颗粒数值模拟分析
        3.6.5 不同入射位置下颗粒运动轨迹的追踪
    3.7 本章小结
4 电解槽结构对颗粒运动轨迹的影响
    4.1 电解槽结构优化
    4.2 阳极倾角对颗粒运动的影响
        4.2.1 颗粒理论受力分析
        4.2.2 颗粒数值模拟分析
        4.2.3 小结
    4.3 阳极倒角对颗粒运动的影响
        4.3.1 颗粒理论受力分析
        4.3.2 颗粒运动轨迹分析
        4.3.3 小结
    4.4 含气率对颗粒运动轨迹的影响
    4.5 角涡对颗粒运动轨迹的影响
    4.6 本章小结
结论
参考文献
在学研究成果
致谢

(8)稀土电解过程中未熔氧化钕颗粒运动轨迹的研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
引言
1 文献综述
    1.1 稀土电解槽的研究背景
        1.1.1 稀土的概述及应用
        1.1.2 稀土熔盐电解国内外发展状况
        1.1.3 稀土电解槽存在的问题
    1.2 影响电解的因素和常用的经济技术指标
        1.2.1 影响电解的主要因素
        1.2.2 电解中常用的经济技术指标
    1.3 多相流研究概述
        1.3.1 CFD和多相流模型简介
        1.3.2 离散相模型
        1.3.3 质点追踪的应用
    1.4 电解槽内结瘤的形成及研究现状
        1.4.1 电解槽内结瘤的形成
        1.4.2 结瘤对电解的不利影响
        1.4.3 电解槽内结瘤的研究现状
2 课题研究目的、内容和创新点
    2.1 研究目的
    2.2 研究内容
    2.3 课题创新点
3 电解槽流场和颗粒运动轨迹的模拟
    3.1 课题研究条件
    3.2 选题依据及电解槽的基本参数
    3.3 稀土电解槽颗粒运动求解
        3.3.1 求解流场的数学模型
        3.3.2 求解颗粒运动轨迹的数学模型
    3.4 下料过程中颗粒受力计算
    3.5 流场模拟计算的边界条件
    3.6 网格数目对流场解的影响
    3.7 稀土电解槽内流场的数值模拟
    3.8 氧化钕颗粒运动轨迹的数值模拟
    3.9 本章小结
4 不同工况条件下颗粒运动轨迹的模拟
    4.1 不同插入深度情况下颗粒运动轨迹的模拟
    4.2 不同极间距情况下颗粒运动轨迹的模拟
    4.3 本章小结
5 当前控制结瘤的措施及其它存在的问题
    5.1 当前控制结瘤的措施
    5.2 电解槽存在其它的问题
    5.3 本章小结
结论
参考文献
在学研究成果
致谢

(9)6kA底部液态阴极结构钕电解槽设计及优化研究(论文提纲范文)

摘要
abstract
1 绪论
    1.1 稀土钕熔盐电解制备
        1.1.1 稀土金属钕的广泛应用
        1.1.2 钕熔盐电解技术国内外发展状况
        1.1.3 钕金属熔盐电解的过程
        1.1.4 影响稀土钕熔盐电解的主要因素
    1.2 稀土熔盐电解槽开发研究进展
        1.2.1 稀土电解槽的结构发展
        1.2.2 稀土电解槽的研发趋势
    1.3 稀土熔盐电解槽设计现状
    1.4 研究意义及内容
2 6kA底部液态阴极结构钕电解槽设计方法及参数选取
    2.1 6kA底部液态阴极结构钕电解槽生产工艺参数选取
        2.1.1 拟定的基本槽型
        2.1.2 熔盐电解液组成
        2.1.3 电解槽结构初步选定
        2.1.4 电解质水平的确定
        2.1.5 电解槽的槽体高度
    2.2 ANSYS电场模拟参数选择及有效性
        2.2.1 电场计算的前提条件
        2.2.2 电场计算的数学模型
        2.2.3 电场计算的假设条件及边界条件
    2.3 电解槽热平衡计算
    2.4 ANSYS温度场模拟参数选择及有效性
        2.4.1 温度场计算的数学模型
        2.4.2 温度场计算的边界条件
    2.5 Fluent流场模拟参数选择及有效性
        2.5.1 阳极气泡速度的计算
        2.5.2 基本假设
        2.5.3 边界条件
        2.5.4 流场计算的控制方程及计算方法
        2.5.5 通过钕电解槽构形证明流场仿真计算参数合理性
3 6kA底部液态阴极结构钕电解槽设计
    3.1 6kA底部液态阴极结构钕电解槽电场模拟结果
    3.2 6kA底部液态阴极结构钕电解槽热平衡核算
        3.2.1 对流换热计算
        3.2.2 辐射换热计算
        3.2.3 电解槽热平衡计算
    3.3 6kA底部液态阴极结构钕电解槽温度场模拟结果
    3.4 6kA底部液态阴极结构钕电解槽流场模拟结果
    3.5 6kA底部液态阴极结构钕电解槽设计图确定
    3.6 本章小结
4 结论
参考文献
致谢
硕士研究生学习阶段发表论文

(10)10KA稀土电解槽的设计(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 稀土电解槽的发展历程及研究现状
        1.2.1 氯化物体系熔盐电解法
        1.2.2 氧化物体系熔盐电解法
        1.2.3 稀土电解槽各物理场的研究现状
        1.2.4 稀土电解槽存在的问题
        1.2.5 稀土电解槽的发展方向
    1.3 稀土电解槽的电解原理
    1.4 两相流研究综述
        1.4.1 欧拉多相流模型
        1.4.2 流体体积(VOF)模型
        1.4.3 代数滑移混合模型
    1.5 湍流模型简介
        1.5.1 κ-ε模型
        1.5.2 雷诺应力模型
        1.5.3 大涡模拟模型
    1.6 研究的内容、目的和创新点
        1.6.1 选题的意义
        1.6.2 本文的研究内容
        1.6.3 本文的创新点
第二章 10KA稀土电解槽内电解质三维流场的仿真分析
    2.1 研究对象的描述
    2.2 流体参数的计算
        2.2.1 电解质和阳极气体粘度、密度、表面张力的确定
        2.2.2 气泡上升速度和气泡半径的计算
    2.3 稀土电解槽流场的数学模型建立
        2.3.1 数学模型的建立
        2.3.2 流场计算的所作假设条件
        2.3.3 流场计算时模型的边界条件
    2.4 仿真结果分析
        2.4.1 稀土电解槽三维流场的分析
        2.4.2 稀土电解槽不同纵向极间距时三维流场的分析
        2.4.3 稀土电解槽不同横向极间距时三维流场的分析
    2.5 小结
第三章 10KA稀土电解槽三维电场的仿真分析
    3.1 电场计算的数学模型的建立
    3.2 稀土电解槽电场模型的假设与边界条件
        3.2.1 对电场计算前所作的假设
        3.2.2 电场计算时的边界条件
        3.2.3 稀土电解槽三维电场模型的建立
    3.3 稀土电解槽三维电场的仿真结果分析
        3.3.1 稀土电解槽三维电场的仿真分析
        3.3.2 稀土电解槽不同阴极插入深度时三维电场的仿真分析
        3.3.3 稀土电解槽不同阴极直径时三维电场的仿真分析
    3.4 小结
第四章 10KA稀土电解槽的设计
    4.1 稀土电解槽初始阴阳极尺寸参数的确定
    4.2 稀土电解槽主要部件的设计
        4.2.1 刚玉垫圈的设计
        4.2.2 稀土电解槽内外保护套与槽外壳的设计
        4.2.3 稀土电解槽炉盖板的设计
    4.3 耐火材料与保温材料
        4.3.1 不定形耐火材料的选择
        4.3.2 成形耐火材料
    4.4 10KA稀土电解槽的安装制作
        4.4.1 底部保温层的砌筑
        4.4.2 横梁与支撑柱的安装
        4.4.3 电解槽槽体的安装
        4.4.4 升降架的安装
        4.4.5 整流器与打弧机及导电铜排的安装
    4.5 总结
第五章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 工作展望
参考文献
致谢
攻读学位期间的研究成果

四、稀土氧化物电解槽流场的研究(论文参考文献)

  • [1]氟盐体系Al-Cu-Y合金制备电解槽电场—流场模拟[D]. 冷欣伟. 江西理工大学, 2021
  • [2]稀土电解槽电磁搅拌电解模拟研究[D]. 林小程. 江西理工大学, 2021(01)
  • [3]辅热式大电流稀土电解槽设计研究[D]. 李彬. 江西理工大学, 2021(01)
  • [4]稀土电解槽阳极结构优化及其腐蚀消耗规律研究[D]. 叶楠. 江西理工大学, 2020(01)
  • [5]Y2O3在AlF3-(Li,Na)F熔盐体系中的溶解和离子迁移行为研究[D]. 曾建阳. 江西理工大学, 2020(01)
  • [6]槽形结构对10 kA稀土电解槽流场分布的影响[J]. 薛娟琴,李芳,唐长斌. 稀土, 2019(03)
  • [7]稀土电解槽流体中颗粒追踪模拟[D]. 周一凡. 内蒙古科技大学, 2019(03)
  • [8]稀土电解过程中未熔氧化钕颗粒运动轨迹的研究[D]. 李扬磊. 内蒙古科技大学, 2019(03)
  • [9]6kA底部液态阴极结构钕电解槽设计及优化研究[D]. 李芳. 西安建筑科技大学, 2018(06)
  • [10]10KA稀土电解槽的设计[D]. 王海辉. 江西理工大学, 2018(07)

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稀土氧化物电解槽流场研究
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