分类号： TF845.6 密 级： 公开UDC ： 学校代码： 10127硕 士 学 位 论 文论 文 题 目 ： 3KA 电 解 槽 流 场 优 化 模 拟英文题目： Optimization and simulation of3KA electrolytic cell of electrolytic cell学 位 类 别 ： 工 程 硕 士研 究 生 姓 名 ： 徐 子 娟 学 号 ： 201102316学 科 (领 域 )名 称 ： 冶 金 工 程指 导 教 师 ： 刘 中 兴 职 称 ： 教 授协 助 指 导 教 师： 职称：2013 年 月 日独 创 性 说 明本 人 郑 重 声 明 ： 所 呈 交 的 论 文 是 我 个 人 在 导 师 指 导 下 进 行 的 研 究 工 作 并取 得 研 究 成 果 。 除 了 文 中 加 以 标 注 和 致 谢 的 地 方 外 ， 论 文 中 不 包 含 其 他 人 已经 发 表 或 撰 写 的 研 究 成 果 ， 也 不 包 含 为 获 得 内 蒙 古 科 技 大 学 或 其 他 教 育 机 构的 学 位 或 证 书 所 使 用 过 的 材 料 。 与 我 一 同 工 作 的 同 志 对 本 研 究 所 做 的 任 何 贡献 均 已 在 论 文 中 做 了 明 确 的 说 明 并 表 示 了 谢 意 。签 名 ： 日 期 ：关 于 学 位 论 文 使 用 授 权 的 说 明本 人 完 全 了 解 内 蒙 古 科 技 大 学 有 关 保 留 、 使 用 学 位 论 文 （ 纸 质 版 和 电 子版 ） 的 规 定 ， 即 ： 本 人 唯 一 指 定 研 究 生 院 有 权 保 留 送 交 学 位 论 文 在 学 校 相 关部 门 存 档 ， 允 许 论 文 在 校 内 被 查 阅 和 借 阅 ， 可 以 采 用 影 印 、 缩 印 或 其 他 复 制手 段 保 存 论 文 。 在 论 文 作 者 同 意 的 情 况 下 ， 研 究 生 院 可 以 转 授 权 第 三 方 使 用查 阅 该 论 文 。（ 保 密 的 论 文 在 解 密 后 应 遵 循 此 规 定 ）签 名 ： 导 师 签 名 ： 日 期 ：内 蒙 古 科 技 大 学 硕 士 论 文摘 要稀 土 作 为 新 兴 产 业 发 展 必 需 的 关 键 性 战 略 资 源 ， 已 广 泛 应 用 于 各 行 业 。 随 着 稀 土的 作 用 日 益 凸 显 ， 稀 土 冶 金 行 业 的 发 展 已 迫 在 眉 睫 。 作 为 高 污 染 、 高 能 耗 之 一 的 行 业 ，改 善 生 产 工 艺 不 仅 能 降 低 生 产 成 本 、 增 强 竞 争 力 ， 同 时 符 合 国 家 可 持 续 发 展 的 战 略 要求 。 尤 其 是 金 属 钕 作 为 电 子 、 航 空 、 磁 性 材 料 及 新 兴 产 业 应 用 范 围 广 泛 又 不 可 替 代 的稀 土 元 素 ， 主 要 运 用 熔 盐 电 解 法 电 解 生 产 。 熔 盐 电 解 法 作 为 重 要 的 稀 土 金 属 生 产 方 法之 一 ， 若 能 通 过 优 化 电 解 参 数 ， 提 高 生 产 效 率 、 降 低 电 耗 ， 改 善 电 解 过 程 ， 则 对 冶 金行 业 具 有 着 重 大 意 义 。电 解 法 的 优 略 取 决 于 槽 体 及 电 解 参 数 的 选 择 ， 槽 体 内 部 受 其 影 响 ， 内 部 物 理 场 复杂 多 变 ， 各 参 数 若 通 过 实 验 测 定 统 计 获 得 难 度 较 大 。 数 值 模 拟 的 方 法 主 要 是 通 过 理 论计 算 ， 结 合 已 有 数 据 参 数 ， 运 用 计 算 机 软 件 模 拟 电 解 的 过 程 。 数 值 模 拟 准 确 性 取 决 于模 型 的 选 择 、 参 数 设 定 ， 若 能 控 制 好 这 些 影 响 因 素 ， 该 法 比 单 纯 的 实 验 测 定 研 究 更 快速 有 效 。 数 值 模 拟 研 究 的 方 法 已 广 泛 使 用 于 个 领 域 ， 软 件 的 开 发 趋 于 成 熟 ， 已 逐 渐 被人们接受。3 KA 上插式电解槽因其应用广泛，各项参数的控制较为完善，为更好的借 鉴 前 人 的 研 究 成 果 ， 本 文 以 3KA 电解槽作原型，通过数值模拟的方法研究阳极放电 过 程 及 阳 极 气 体 对 槽 体 内 流 场 的 影 响 。据相关文献可知在氟化物- 氧化物体系中，通过化学反应，在阳极表面形成一氧化 碳 和 二 氧 化 碳 混 合 气 体 ， 阳 极 气 体 受 浮 力 的 作 用 上 浮 ， 而 气 体 的 上 浮 对 槽 体 内 的 流体 作 用 ， 又 是 流 体 运 动 的 主 要 驱 动 力 。 研 究 气 体 的 生 成 、 上 浮 、 扩 散 情 况 就 可 掌 握 槽体 内 部 流 体 运 动 的 本 质 ， 为 参 数 的 选 择 提 供 依 据 。 前 人 曾 运 用 气 液 两 相 流 的 经 典 模 型对 气 体 的 运 动 情 况 做 过 研 究 ， 考 虑 到 电 解 的 实 际 情 况 ， 本 文 将 表 面 化 学 反 应 和 多 孔 介质 模 型 相 结 合 ， 借 鉴 前 人 的 经 验 对 槽 体 内 流 场 进 行 模 拟 研 究 ， 了 解 电 极 材 料 、 电 流 密度 、 插 入 深 度 、 阳 极 内 径 等 因 素 对 电 解 过 程 的 影 响 ， 从 而 找 到 最 优 参 数 组 合 ， 确 定 槽型 的 最 优 结 构 。本 课 题 基 于 基 础 模 型 和 前 人 较 完 善 的 研 究 结 果 进 行 模 拟 研 究 ， 使 结 果 更 具 有 针 对性 、 实 用 性 。 研 究 结 果 不 仅 是 理 论 上 的 探 索 研 究 ， 对 实 际 生 产 也 具 有 一 定 指 导 意 义 。关 键 词 ： 稀土电解槽；流场；数值模拟I内 蒙 古 科 技 大 学 硕 士 论 文AbstractAs one of the necessary key strategic emerging industry development resources, rareearth has been widely used in various industries. With the role of rare earth rising, thedevelopment of rare earth metallurgy industry is imminent. As one of the high pollution,high energy consumption industries, improving the production process can reduce theproduction cost and enhance competitiveness, at the same time it conform to therequirements of the national strategy of sustainable development. Metal neodymium hasused in electron, aviation, magnetic materials and new industry application range.It will beirreplaceable and mainly made by molten salt electrolytic method. If it can improve theelectrolytic parameters to improve production efficiency, lower power consumption, it willbe a great significance for metallurgical industry.Electrolytic process is good or not depending on the selection of cell shape andelectrolysis parameters, fluid within the cell affected by its internal physical field. It isdifficult to obtain the parameters by experiments. Numerical simulation method is usingthe theoretical calculation, combining with the existing datas and using computer softwareto simulate the electrolysis process. The accuracy depends on the model selection andparameter setting.With good controled the factors, it is more quickly and efficiently thansimple experiment research. Numerical simulation study has been widely used in everyfield. As software technology continues to mature, it has been gradually accepted bypeople. 3KA Upper plug-in cell has been applied widely and the parameters of control isrelatively perfect. For better reference to previous research results. Based on the 3 kaelectrolytic cell as a prototype, through the method of numerical simulation, Research onthe anode discharge process and effecting on the flow field inside the cell by anode gas.According to related literature, in fluoride - oxide system, on the anode surface whichform carbon monoxide and carbon dioxide gas by chemical reaction. Due to buoyancy, theanode gas rise. Due to buoyancy, the anode gas buoyancy.At the same time, gas floatationII内 蒙 古 科 技 大 学 硕 士 论 文drive the fluid moting in the cell. Studing the production, buoyancy, diffusion of the gascan control the internal nature of fluid motion and provide the basis for the choice ofparameter. Some one had have a study