Математическое моделирование МГД-стабильности алюминиевого электролизера
Автор: Савенкова Н.П., Мокин А.Ю., Удовиченко Н.С., Пьяных А.А.
Журнал: Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Техника и технологии @technologies-sfu
Статья в выпуске: 2 т.13, 2020 года.
Бесплатный доступ
В работе описана математическая модель магнитной гидродинамики и теплообмена в алюминиевом электролизере. В модели учитывают три фазы: газ, электролит и металл, исследуют их взаимодействие. Проведено математическое моделирование динамики границы раздела сред алюминий-электролит в зависимости от распределения потенциала по аноду для электролизера Содерберга и многоанодного электролизера. Проведенное численное исследование позволило сделать вывод о том, что электролизер Содерберга менее МГД- стабилен, чем многоанодный электролизер с обожженными анодами.Выполнены расчеты МГД-стабильности при изменении формы рабочего пространства ванны для различных форм настыли и гарнисажа. Была рассчитана граница раздела сред электролит- металл и граница зоны обратного окисления, которая определяется пространственным распределением газовой фазы. Расчеты позволяют достаточно точно прогнозировать развитие МГД-нестабильности в ванне при различных условиях проведения технологического процесса, что минимизирует потери выхода металла по току.
Мгд-стабильность, электролизер содерберга, метод контрольного объема
Короткий адрес: https://sciup.org/146281590
IDR: 146281590 | УДК: 519.87:669.1 | DOI: 10.17516/1999-494X-0211
Mathematical modeling of aluminum reduction cell MHD stability
The paper describes a mathematical model of magnetic hydrodynamics and heat transfer in an aluminum electrolyzer. The model takes into account three phases: gas, electrolyte and metal, and investigates their interaction. Mathematical modeling of the dynamics of the aluminum- electrolyte interface is carried out depending on the potential distribution over the anode for the Soderberg electrolyzer and the multi-anode electrolyzer. A numerical study made it possible to conclude that the Soderberg electrolyzer is less MHD-stable than a multi-anode electrolyzer with burnt anodes.Calculations of MHD stability are carried out when changing the shape of the working space of the bath for various forms of accretion and skull. The interface between the electrolyte-metal media and the boundary of the reverse oxidation zone, which is determined by the spatial distribution of the gas phase, were calculated. The calculations make it possible to accurately predict the development of MHD instability in the bath under various conditions of the process, which minimizes the loss of metal current efficiency.
Список литературы Математическое моделирование МГД-стабильности алюминиевого электролизера
- Нигматулин Р.И. Основы механики гетерогенных сред. М.: Наука, 1978. 336 с.
- Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика. М.: Наука, 1982. Т.8. 621 с.
- Ariana M., Desilets M., Proulx P. On the analysis of ionic mass transfer in the electrolytic bath of an aluminum reduction cell. The Canadian journal of chemical engineering, 2014, 92, 1951-1964.
- Burger M., Schlake B., Wolfram M.-T. Nonlinear Poisson-Nernst-Planck equations for ion flux through confined geometries. IOP Publishing Ltd & London Mathematical Society Nonlinearity, 2012, 25, 4, 961-991.
- Калмыков. А.В. Математическое моделирование влияния процессов тепломассопереноса на МГД-стабильность алюминиевого электролизера. Диссертация. Москва, 2017.
- Ковеня В.М., Слюняев А.Ю. Модификации алгоритмов расщепления для решения уравнений газовой динамики и Навье-Стокса. Вычислительные технологии. 2007, 12(3), 71-86.
- Патанкар С. Численные методы решения задач теплообмена и динамики жидкости. М.: Энергоатомиздат, 1984, 152 c.
- Nikitin N. Finite-difference method for incompressible Navier-Stokes equations in arbitrary orthogonal curvilinear coordinates. Journal of Computational Physics, 2006, 217, 759-781.
- Chase R., Gibson R., Marks J., PFC emissions performance for the global primary aluminum industry. Light metals, 2005, 279-282.
- Анпилов С.В. Однофазные и многофазные математические модели электролиза алюминия. Диссертация. Москва, 2011.
- Савенкова Н.П., Анпилов С.В., Калмыков А.В., Проворова О.Г., Пискажова Т.В. Сравнение результатов математического моделирования МГД-стабильности многоанодного алюминиевого электролизера и электролизера Содерберга. Математика. Компьютер. Образование: сб. тезисов XXI международной конференции. Под ред. Г.Ю. Ризниченко. М.-Ижевск, 2014. С. 101.
- Савенкова Н.П., Анпилов С.В., Кузьмин Р.Н., Проворова О.Г., Пискажова Т.В. Двухфазная 3D-модель МГД-явлений алюминиевого электролизера. Цветные металлы - 2011", Раздел 3. Получения алюминия. Сборник докладов третьего международного конгресса. Красноярск, 2011, с. 282-286.
- Савенкова Н.П., Анпилов С.В. Двухфазная трехмерная модель МГД-стабильности алюминиевого электролизера. Тихоновские чтения, сб. тезисов, М.: МАКС Пресс, 2011, с. 70-71.
- Савенкова Н.П., Шобухов А.В., Анпилов С.В., Кузьмин Р.Н. Математическое моделирование физико-технологического процесса электролиза, Прикладная физика, 2009, 6, 43-51
