50KA鈉電解槽電場(chǎng)數(shù)值模擬研究初探

米蘭 石磊 王世愛(ài)

摘要：電場(chǎng)的研究是流場(chǎng)、溫度場(chǎng)的基礎(chǔ)，針對(duì)50KA鈉電解槽槽底形狀復(fù)雜，本文借鑒了鋁、鎂電解槽電場(chǎng)模擬中的方法，結(jié)合鈉電解的特點(diǎn)， 對(duì)50KA鈉電解槽的電場(chǎng)進(jìn)行了模擬。

關(guān)鍵詞：電解槽、溫度場(chǎng)、鈉

中圖分類號(hào)：G4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1.電解槽的基本結(jié)構(gòu)

電解槽基本結(jié)構(gòu)如圖1所示：

2.電場(chǎng)數(shù)學(xué)模型

此電解槽外型為圓形結(jié)構(gòu)，但是其內(nèi)部不是完全軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)，所以其電位及電流也不是完全軸對(duì)稱分布，為準(zhǔn)確得到縱截面及橫截面的電位及電流分布，故采用三維圓柱坐標(biāo)。

首先利用棋格式交錯(cuò)網(wǎng)格將計(jì)算區(qū)域離散化。在電極附近用細(xì)的差分網(wǎng)格，離電極較遠(yuǎn)處用用較粗的差分網(wǎng)格，這樣既保證計(jì)算精度，又能加快收斂速度。本文將計(jì)算區(qū)域劃分成28×32×27及22×32×24的非均勻網(wǎng)格，如圖2所示：

3.電場(chǎng)計(jì)算結(jié)果

從圖中可以看出：

1整個(gè)電解槽縱截面的電位分布情況可由圖3及圖4表示。陰極和陽(yáng)極附近，等電勢(shì)線比較密集，電解槽下部區(qū)域等電勢(shì)線較稀疏或沒(méi)有等電勢(shì)線通過(guò)。此電解槽若按電位分布劃分可分為三個(gè)區(qū)域，即陰極區(qū)、陽(yáng)極區(qū)和等電勢(shì)區(qū)。

2陰極區(qū)附近，等電勢(shì)線最為密集;陽(yáng)極區(qū)附近，等電勢(shì)線也較為密集，但比陰極區(qū)稀疏;電解槽下部金屬接收器附近的區(qū)域可近似視為等電勢(shì)區(qū)。

4.結(jié)論

本文對(duì)50KA陽(yáng)極側(cè)壁開(kāi)槽可調(diào)極距式氧化物電解槽的電場(chǎng)采用三維圓柱坐標(biāo)系進(jìn)行了模擬，得出了以下結(jié)論：

電解槽陰極區(qū)附近，電位梯度最大;陽(yáng)極區(qū)附近，電位梯度也較大，但比陰極區(qū)電位梯度小。電解槽下部金屬接收器附近的區(qū)域可近似視為等電勢(shì)區(qū)，電位梯度非常小。

參考文獻(xiàn)

[1]張志宏.氧化物電解法制備稀土金屬的發(fā)展和我國(guó)現(xiàn)狀. 有色金屬（冶煉部分）， 95（4）：32-35.

[2]梁學(xué)民等. 鋁電解槽物理場(chǎng)數(shù)學(xué)模型及計(jì)算機(jī)仿真研究[J].輕金屬，1998，（增刊）：145.

[3]馬作臻譯.鎂電解槽熱場(chǎng)和電場(chǎng)數(shù)學(xué)模型. 輕金屬，1995，37-39.

[4]梅熾等.鋁電解槽槽膛內(nèi)形在線顯示仿真軟件的研究與開(kāi)發(fā). 中南工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1997，28（2）：138-141.

[5]鐵軍，鄒建成.鋁電解陽(yáng)極氣泡的電化學(xué)響應(yīng). 計(jì)算機(jī)與應(yīng)用化學(xué)，2001，18（1）：57-58.

來(lái)源：內(nèi)蒙古自治區(qū)科技廳項(xiàng)目 項(xiàng)目編號(hào)： NJZC17579

作者簡(jiǎn)介：米蘭（1981.09-），女，漢族，內(nèi)蒙赤峰人，講師，碩士，主要從事熱動(dòng)專業(yè)教育研究。