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铝酸钠溶液晶种分解过程中多相流动的数值模拟研究

闫红杰  
【摘要】:铝酸钠溶液的晶种分解是拜耳法生产氧化铝工艺中的关键工序,对氧化铝的产量和质量有着直接的影响。近年来,我国氧化铝工业产量不断增加,对产品质量的要求也日益提高。因此,深入了解晶种分解过程中的各个影响因素,提高晶种分解过程数值模拟的可靠性对提高氧化铝产量与质量,节能降耗,促进氧化铝工业的技术进步具有重要的理论与实践意义。 本文通过对晶种分解过程及主要设备的详细研究,综合利用多相流体力学、计算流体力学及传输过程等理论,构建了晶种分解过程多相流动的多流体模型;以商业软件CFX4.3为平台,研制开发了晶种分解过程多相流动的数值模拟系统。通过对生产现场铝酸钠溶液(料浆)的测试与分析,确定了铝酸钠溶液为牛顿流体,其粘性系数基本不随溶液运动速度的变化而变化,溶液的温度及固含对粘性系数有一定的影响。 以两种不同结构的空气搅拌式种分槽为研究对象,完成了晶种分解过程气—液两相流动的三维数值模拟。数值模拟结果表明,种分槽内的流场分布对铝酸钠溶液的混合、槽内结疤等现象有着直接的影响;翻料管为喇叭套管的种分槽内溶液循环量大,副风管的的上提强化了种分槽下部溶液的扰动,其流场明显优于翻料管为直套管的种分槽。 建立了晶种分解过程中的标量传输模型,并与气—液两相流动的多流体模型耦合,研制开发了晶种分解过程中铝酸钠溶液扩散及停留时间的数值模拟程序。计算结果表明,翻料管为直套管的种分槽内存在明显的溶液“短路”现象,溶液在槽内的停留时间低于翻料管为喇叭套管的种分槽。 自行设计并制作了晶种分解水模型实验装置,对晶种分解过程铝酸钠溶液的扩散与停留时间进行了实验研究。实验结果表明,不使用挡板的情况下种分槽内存在溶液“短路”现象;实验结果与数值模拟


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