基于comsol的釹熔鹽電解過程多場數(shù)值模擬

1、分類號：密級：UDC：學號：碩士學位論文2016年5月31日基于基于Comsol的釹熔鹽電解過程多場數(shù)值模擬的釹熔鹽電解過程多場數(shù)值模擬ThemultiphysicsnumericalsimulationinneodymiummoltensaltelectrolyticcellbasedonComsol學位類別：工學碩士作者姓名：楊宜清學科、專業(yè)：有色金屬冶金指導教師：汪金良教授研究方向：冶金過程數(shù)值模擬萬方數(shù)據(jù)江西理工大學碩士學位論文

2、摘要I摘要氟鹽體系熔鹽電解是生產金屬釹的主要方法，具有金屬品質好、成本低、回收率高、電流效率高等特點。電解槽內電場、溫度場、流場的分布狀況對釹熔鹽電解工藝參數(shù)和槽體結構的優(yōu)化具有重大影響。因此，開展稀土電解槽多物理場數(shù)值模擬研究，對促進稀土電解槽結構改進和熔鹽電解節(jié)能降耗，具有較高的理論意義和應用價值。論文基于電場理論、傳熱學理論及流體學理論，研究建立了稀土熔鹽電解槽電場、熱場及流場的數(shù)學模型，以成熟的3kA稀土熔鹽電解槽尺寸和工藝操作

3、參數(shù)為依據(jù)和參考，基于Comsol仿真平臺對熔鹽電解槽電場、熱場和流場進行仿真計算，揭示了槽體結構參數(shù)變化對熔鹽電解過程各物理場分布狀況的影響規(guī)律，為釹熔鹽電解槽體改造和生產操作優(yōu)化提供理論依據(jù)。主要研究內容和結論如下：1、基于麥克斯韋原理，在電流不變的情況下，研究建立了稀土釹熔鹽電解槽電場數(shù)學模型，考察了電極插入深度、極距對槽電壓、電流密度等電場特征的影響。結果表明，隨著電極插入深度的增大和極距的縮短，電解槽電壓下降，利于降低電能消耗

4、，但電流密度有所下降，不利于提高生產效率。應綜合考慮能耗和產能，合理調整電極插入深度和極距，以降低釹熔鹽電解單位能耗。2、基于傳熱學理論，研究建立了熔鹽電解槽熱場數(shù)學模型，考察了電極插入深度、極距對電解槽溫度分布的影響。結果表明，電解槽內溫度縱向分布是從上到下先升高后降低，橫向分布是從陰極到陽極一直下降，其中電解槽的主要熱源集中在電解槽的中部；隨著電極插入深度的增加和極距增大，槽內熔體溫度升高，有利于熔鹽的流動性，但過高會使得生成的金屬

5、溶解，降低了電流效率。綜合考慮熔體流動性和電流效率，釹熔鹽電解過程應控制適中的電極深度和極距，來保持適宜的電解溫度。3、基于流體學理論，研究建立了熔鹽電解槽流場數(shù)學模型，考察了電極插入深度、極距對電解槽流場分布的影響。結果表明，槽內熔體的流速與電極深度及極距有關，當電極插入深度增加，極距減小時，槽內熔體流動增大，這有利于電解質成分和溫度的均勻，但流速過大，不利于稀土金屬的收集，造成金屬溶解，降低電流效率。綜合考慮槽內熔體成分的均勻和電流